СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ЭНЕРГИИ ТРАНСПОРТНЫМИ СРЕДСТВАМИ
VEHICLES POWER CONSUMPTION DETERMINING METHOD AND DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способам и системам для определения расхода энергии транспортными средствами и, в частности, к способу определения расхода энергии транспортного средства в соответствии с родовым понятием п. 1 формулы изобретения. Настоящее изобретение также относится к транспортному средству, а также компьютерной программе и компьютерному программному продукту, который реализует способ в соответствии с изобретением.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При эксплуатации транспортных средств большой грузоподъемности, например грузовых автомобилей, автобусов и подобных, экономия с течением времени становится все более важной при анализе рентабельности деятельности, в которой используется транспортное средство. Наряду с затратами на покупку транспортного средства, основные статьи расходов, связанные с повседневной эксплуатацией, включают в себя оплату водителя, затраты на ремонт и техническое обслуживание и топливо, для работы транспортного средства. Вследствие этого важно удерживать затраты по каждой из этих областей низкими, насколько это возможно.
Затраты на топливо и затраты на ремонт и техническое обслуживание часто растут параллельно, поскольку транспортное средство, которое активно эксплуатируется, расходует не только больше топлива, но также подвержено большему износу, что приводит к более высоким затратам на ремонт и техническое обслуживание.
Тем не менее, существующая проблема для компаний, использующих в своей деятельности транспортные средства большой грузоподъемности, состоит в том, что может быть сложно определить, насколько большая часть расхода топлива и износа связана с неосторожным вождением, и насколько большая часть связана с прочими факторами, например очень холмистой местностью, сильно груженными транспортными средствами и/или городской средой с плотным движением транспорта.
По этой причине были разработаны системы для упрощения, например, для водителей и владельцев, оценку того, осуществляется ли фактическое вождение транспортных средств экономным по топливу образом.
Эти системы позволяют соединить транспортные средства автомобильного хозяйства, например, с системой управления транспортом владельца автомобильного хозяйства, например, через беспроводные линии связи, такие как приемлемые телекоммуникационные системы, чтобы обеспечить возможность отслеживания деятельности автомобильного хозяйства в режиме реального времени, например, в отношении использования транспортного средства и топливной экономичности.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в создании способа определения расхода энергии транспортного средства. Данная задача решается способом по пункту 1 формулы изобретения.
Настоящее изобретение относится к способу определения расхода энергии транспортного средства, которое обеспечено первым источником мощности в виде двигателя для формирования первой движущей силы для поступательного движения упомянутого транспортного средства.
Способ содержит этапы, на которых:
- оценивают, когда упомянутое транспортное средство движется в первом направлении, энергию, расходуемую в результате первой тормозящей силы, которая противодействует его перемещению в упомянутом направлении, и
- накапливают, когда упомянутое транспортное находится в движении, представление энергии, расходуемой в результате упомянутой первой тормозящей силы.
Данная оценка предпочтительно начинается, как только запускается двигатель и/или как только транспортное средство находится в движении, для того чтобы впоследствии продолжаться пока запущен двигатель и/или продолжается поездка. Изобретение обеспечивает преимущество, которое состоит в том, что применительно к поездке может быть определено значение для количества энергии, которое фактически расходуется посредством упомянутой тормозящей силы. Данное значение затем может быть использовано при оценке того, каким образом осуществляется вождение транспортного средства. Конечно, применительно к расходу энергии желательно, чтобы он был настолько низким, насколько это возможно, т.е. применительно к преобразованию энергии, чтобы оно было настолько низким, насколько это возможно, поскольку, чем большое количество энергии преобразуется, тем больше топлива требуется для приведения в движение транспортного средства посредством двигателя.
Накопление оцененных количеств энергии может, например, выполняться на всем протяжении поездки или столь долго, сколько вождение транспортного средства осуществляется первым водителем.
Оцененное количество энергии может быть представлено водителю транспортного средства, например через дисплей, и понимание, например, может быть облегчено путем преобразования накопленного количества энергии в количество топлива и/или стоимость топлива, для дальнейшего выделения затрат, вызванных упомянутой первой тормозящей силой. Упомянутая первая тормозящая сила может быть любой из нескольких разных сил, которые противодействуют перемещению транспортного средства, например, силой сопротивления воздуха, силой сопротивления качению, силой трения в двигателе, силой трения в коробке передач, использованием мощности вспомогательным оборудованием, силой, прикладываемой тормозными системами.
В соответствии с вариантом осуществления, представление преобразованной энергии накапливается для нескольких тормозящих сил, например, двух или более из вышеприведенных, потенциально для каждой из тормозящих сил по отдельности, что обеспечивает возможность представления данных, как описано выше, для каждой из них. Посредством последующего анализа распределения расхода энергии между различными тормозящими силами можно выполнить оценку в отношении способа вождения транспортного средства. Оцененное количество энергии также может быть передано в удаленное местоположение, например центр управления автомобильным хозяйством, что позволит произвести централизованную оценку множества транспортных средств, а также водителей в случаях, когда один и тот же водитель использует два или более транспортных средства.
Высокий расход энергии из-за силы сопротивления воздуха может, например, указывать на то, что вождение транспортного средства осуществлялось с излишне высокой скоростью. Представление преобразованной энергии может быть объединено с выдачей подсказок водителю для исправления, например, посредством уменьшения скорости для того, чтобы понизить влияние сопротивления воздуха.
Транспортное средство также может быть обеспечено преобразователем энергии в виде внутренней тормозной системы, например рабочей тормозной системы или дополнительной тормозной системы, при этом первая тормозящая сила прикладывается посредством упомянутой первой тормозной системы. В данном случае способ может содержать этап, на котором оценивают для последовательности активаций упомянутой первой тормозной системы, количество энергии, преобразуемой упомянутой первой тормозной системой при ее активации. Как описано выше, оценка расхода энергий предпочтительно начинается, как только запускается двигатель и/или как только транспортное средство находится в движении, однако в данном случае вместо этого она предпочтительно начинается, как только активируется тормозная система, и затем продолжается, пока тормозная система активируется, позволяя получить хорошую оценку расхода энергии из-за данного торможения.
Это дает преимущество, которое состоит в том, что обеспечивается значение совокупного количества энергии, фактически расходуемого на торможение водителем во время последовательности активаций тормозной системы. Данное значение затем может быть использовано в качестве единицы измерения того, каким образом водитель осуществляет вождение транспортного средства. Конечно, желательно, чтобы количество энергии было настолько низким, насколько это возможно, поскольку больше энергии, расходуемой на торможение, возникает из-за меньшего проявления предусмотрительности водителем во время вождения транспортного средства.
Представление данной информации, например, в виде количества энергии или преобразованной в количество топлива и/или затрат на топливо для дальнейшего выделения затрат на вождение транспортного средства способом, при котором задействуется много торможения, позволяет водителю оценивать, насколько большие затраты фактически приходятся на торможение. В целях сокращения части энергии, расходуемой на торможение через тормозную систему, водителю могут выдаваться подсказки, например система может предлагать сохранять больший интервал до транспортных средств спереди. Оцененное количество энергии, расходуемое через тормозные системы, также служит в качестве хорошей единицы измерения того, каким образом осуществляется вождение транспортного средства, что означает, что данное количество энергии может преимущественно использоваться для оценки и сравнения водителей.
Несмотря на то что ранее известные системы обеспечивают преимущества, состоящие в оценке транспортных средств/водителей, все же трудной задачей остается точное определение того, насколько большая часть расхода топлива связана с режимом вождения, а не с такими факторами как среда, в которой движется транспортное средство, или насколько сильно оно загружено. Вследствие этого система в соответствии с настоящим изобретением решает данную проблему.
Транспортное средство может быть дополнительно обеспечено более чем одной внутренней тормозной системой, и в этом случае представление преобразованной энергии может накапливаться для каждой из тормозных систем индивидуально, обеспечивая возможность обеспечения вышеописанных данных для каждой из них по отдельности или в совокупности в качестве единого расхода энергии.
Дополнительные характеристики настоящего изобретения и его преимущества показаны в подробном описании приведенных ниже примеров варианта осуществления и на приложенных чертежах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1а изображает трансмиссию в транспортном средстве, в котором может быть использовано настоящее изобретение.
Фиг. 1b изображает блок управления в системе управления транспортного средства.
Фиг. 2 иллюстрирует пример способа в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 3 является примером графика расхода энергии для транспортного средства.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем описании и формуле изобретения тормозящая сила означает силу, которая противодействует перемещению транспортного средства в направлении движения. Данная тормозящая сила может быть приложена тормозной системой внутренней для транспортного средства, например рабочей тормозной системой или дополнительной тормозной системой, или посредством силы трения во внутренних компонентах транспортного средства. Она также может принимать форму внешней тормозящей силы, например силы сопротивления воздуха или силы сопротивления качению.
Фиг. 1а схематично изображает трансмиссию в транспортном средстве 100 большой грузоподъемности в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Схематично изображенное на Фиг. 1 транспортное средство имеет только одну ось с ведущими колесами 113, 114, однако изобретение также применимо к транспортным средствам с более чем одной осью с ведущими колесами. Трансмиссия содержит двигатель 101 внутреннего сгорания, который обычным образом соединяется, через выходной вал двигателя, обычно через маховик 102, с входным валом 109 коробки 103 передач через сцепление 106. Сцепление, например, может быть сцеплением с автоматическим управлением, управление которым осуществляется системой управления транспортного средства через блок 110 управления, который также управляет коробкой 103 передач. Транспортное средство дополнительно содержит приводные валы 104, 105, которые соединены с ведущими колесами 113, 114, и приводятся в движение выходным валом 107 коробки 103 передач через главную передачу 108, например, обычный дифференциал.
Транспортное средство 100 может дополнительно быть обеспечено рабочей тормозной системой, которая может, например, традиционно содержать тормозные диски 115-118 со связанными тормозными колодками (не изображены), прилегающими к каждому колесу. Управление давлением, с которым тормозные колодки давят на тормозные диски для создания тормозящей силы, осуществляется системой управления транспортного средства, например, посредством блока 111 управления тормозами, который обычным образом отправляет сигналы одному или более регуляторам, которые регулируют тормозящую силу в рабочей тормозной системе.
Блок 111 управления тормозами может, например, быть выполнен с возможностью управления только рабочей тормозной системой, однако также может быть выполнен с возможностью управления различными другими тормозными системами транспортного средства, если таковые имеются. Транспортное средство, например, может быть обеспечено замедлителем, рассматриваемым ниже, и/или другими дополнительными тормозными системами, например, тормозом-замедлителем в выпускной системе двигателя и тормозом при торможении двигателем. На основании, например, команд водителя, сигналы управления отправляются соответствующим модулям системы для запроса требуемой тормозящей силы.
Транспортное средство 100 также может содержать гидравлический вспомогательный/дополнительный тормоз в виде замедлителя 112, который располагается на выходном валу 107 коробки передач, управляется, например, блоком 111 управления тормозами или неким другим блоком управления, и прикладывает тормозящую силу посредством использования, например, турбины для противодействия вращению выходного вала 107 коробки передач.
Замедлитель 112 может быть выполнен с возможностью взаимодействия с рабочей тормозной системой, например через блок 111 управления тормозами, и может, например, использоваться обычным образом для помощи рабочей тормозной системе с целью уменьшения износа и опасности перегрева тормозных дисков/колодок.
Транспортное средство 100 также содержит кабину водителя, традиционно обеспеченную оборудованием водителя вместе с приборами, органами управления и т.д. Данное оборудование водителя также может содержать по меньшей мере один дисплей 130 для представления информации водителю. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, дисплей 130 используется для представления расхода энергии водителю, как описано ниже. Управление дисплеем может осуществляться, например, посредством блока 131 управления, который также может использоваться для реализации по меньшей мере частей настоящего изобретения.
Системы управления в современных транспортных средствах, как правило, содержат систему шины связи, состоящую из одной или более шин связи для соединения между собой некоторого количества электронных блоков управления (ECU) и различных компонентов в составе транспортного средства. Такая система управления может содержать большое количество блоков управления и ответственность за конкретную функцию может быть разделена между двумя или более из них. Один блок управления также может быть выполнен с возможностью обеспечения ответственности за более чем одну функцию.
Как указано выше, для простоты, Фиг. 1а изображает только блоки 110, 111, 131 управления и блок 119 управления, который управляет двигателем 101, однако транспортные средства затрагиваемого здесь типа часто обладают значительно большим количеством блоков управления, как понятно специалисту в соответствующей области.
В изображенном варианте осуществления, настоящее изобретение реализуется в блоке 131 управления, который, как указано выше, может управлять тем, что представляется на упомянутом дисплее 130, но также может быть блоком управления, предназначенным для настоящего изобретения. Изобретение также может быть в целом или частично реализовано в одном Или более блоках управления, уже представленных в составе транспортного средства, например, блоке 111 управления тормозами, другом из упомянутых выше блоков управления или другом приемлемом блоке управления.
Осуществляемое блоком 131 управления управление, вероятно, будет зависеть не только от блока 111 управления тормозами, но также, например, от информации, принимаемой от, например, одного или более блоков управления, которые управляют функциями двигателя, т.е. в настоящем примере блока 119 управления, и возможно также других блоков управления в составе транспортного средства, с целью вычисления расхода энергии, как описано ниже.
Блоки управления затрагиваемого здесь типа обычно выполнены с возможностью приема сигналов датчика от различных частей транспортного средства, например, блок 111 управления тормозами принимает сигналы датчика, представляющие собой различные превалирующие условия в тормозной системе транспортного средства, и сигналы, например, от замедлителя 112 и блока 119 управления двигателем. Блоки управления затрагиваемого здесь типа также, как правило, выполнены с возможностью доставки сигналов управления различным частям и компонентам транспортного средства. В настоящем примере, блок 111 управления тормозами доставляет сигналы различным устройствам управления для запроса тормозящей силы, и также доставляет сигналы блоку 131 управления, который сам по себе доставляет сигналы дисплею 130 для представления расхода энергии, как описано ниже.
Управление часто обуславливается запрограммированными инструкциями, как правило, в виде компьютерной программы, которая, при исполнении в компьютере или блоке управления, предписывает компьютеру/блоку управления осуществление требуемых форм действия управления, например, этапов способа в соответствии с настоящим изобретение. Компьютерная программа, как правило, принимает вид компьютерного программного продукта 129, который хранится на цифровом носителе 121 для хранения данных (смотри Фиг. 1b), например ROM (постоянное запоминающее устройство), PROM (программируемое постоянное запоминающее устройство), EPROM (стираемое PROM), флэш-память, EEPROM (электрически стираемое PROM), блок жесткого диска, и т.д., в или соединенном с блоком управления, и который исполняется в блоке управления. Поведение транспортного средства в конкретной ситуации, вследствие этого, поддается изменению посредством изменения инструкций компьютерной программы.
Пример блока управления (блок 131 управления) схематично изображен на Фиг. 1b, и возможно содержит блок 120 вычисления, который может, например, принимать вид некоторого приемлемого типа процессора или микропроцессора, например схемы для цифровой обработки сигналов (цифровой сигнальный процессор, DSP), или схемы с предварительно определенной конкретной функцией (специализированная интегральная схема, ASIC). Блок вычисления соединен с блоком 121 памяти, который содержит, например, хранящийся программный код 129 и/или хранящиеся данные, которые требуются блоку вычисления для обеспечения возможности выполнения вычислений. Блок вычисления также выполнен с возможностью сохранения частичных или итоговых результатов вычисления в блоке 121 памяти.
Блок управления дополнительно обеспечен соответствующими устройствами 122, 123, 124, 125 для приема и отправки входных и выходных сигналов. Эти входные и выходные сигналы могут быть выполнены в форме волны, импульсов или других атрибутов, которые устройства 122, 125 приема входного сигнала могут обнаружить в качестве информации, и могут преобразовать в сигналы, которые может обработать блок 120 вычисления. Эти сигналы, вследствие этого, транспортируются блоку вычисления. Устройства 123, 124 отправки выходного сигнала выполнены с возможностью преобразования сигналов, принимаемых от блока вычисления для того, чтобы, например, посредством их модуляции, создать выходные сигналы, которые могут быть транспортированы другим частям системы управления транспортного средства и/или компоненту/компонентам, которым предназначаются сигналы. Каждое из соединений с соответствующими устройствами для приема и отправки входных и выходных сигналов может принимать форму одного или более из числа следующего: кабеля, шины данных, например, шины CAN (сети зоны контроллера), шины MOST (транспорт для медиа-ориентированных систем) или некоторой другой конфигурации шины, или беспроводного соединения.
Как описано выше, существуют различные отличающиеся существующие системы для оценки с экономической точки зрения способа, которым осуществляется вождение транспортных средств. Эти системы обеспечивают преимущества, состоящие в оценке транспортных средств/водителей. Тем не менее, тяжело нагруженное транспортное средство расходует по существу больше топлива, чем легко нагруженное, и может сохраняться трудность определения того, какая часть расхода топлива фактически связана с режимом вождения, а не, например, с тем, насколько сильно загружено транспортное средство.
Настоящее изобретение предлагает способ, который выполняет точную оценку поездки, возможно, независимо от того, насколько загружено транспортное средство.
Способ 200 в соответствии с настоящим изобретением проиллюстрирован на Фиг. 2. Способ в соответствии с изобретением начинается на этапе 201 посредством определения того, должно ли выполняться определение расхода энергии, и в этом случае способ перемещается к этапу 202 для определения того, должен ли быть обнулен накопленный расход энергии.
Как упомянуто ранее, расход энергии может накапливаться для всей поездки, однако накопленный расход энергии также может оцениваться для периодов, отличных от полной поездки. Накопленный расход энергии может, например, обнуляться в любой из следующих моментов времени:
- запуск транспортного средства, т.е. всякий раз при пуске двигателя;
- первый раз, когда двигатель запускает в новый день. Данная альтернатива главным образом применима к транспортным средствам, которые, как правило, неподвижны всю ночь. Транспортные средства, осуществляющие междугородние перевозки часто также движутся ночью, поэтому некое другое приемлемое время обнуления может быть более подходящим;
- в начале поездки, т.е. в начале перевозки из точки А в точку В. Начало поездки может, например, указываться водителем посредством соответствующего ввода, например, через блок ввода, такой как реагирующий на нажатие дисплей. Во время поездки/перевозки из А в В, двигатель может выключаться, например, во время перерывов, переправы по морю, отдыха и т.д., без какого-либо обнуления;
- всякий раз при повторной загрузке транспортного средства, которая часто указывается системе управления водителем, например, через реагирующий на нажатие дисплей;
- всякий раз, когда другой водитель принимает управление транспортным средством.
Следует иметь в виду, что накопленный расход энергии также может обнуляться совсем в другие моменты времени, чем те, что приведены выше в качестве примера, или не во все. Расход энергии также может накапливаться в различных других счетчиках, которые обнуляются в разные моменты времени, например, таким образом, что обеспечивается одновременная возможность обеспечения преобразованной энергии с момента последнего запуска двигателя, за новый день, с момента смены водителя, с момента первого использования транспортного средства, и т.д.
Также могут существовать разные счетчики для различных тормозящих сил, для которых оценивается расход энергии, как объяснено ниже.
Если выполняется обнуление, то способ переходит к этапу 203 для сохранения данных в отношении накопленного расхода энергии. Эти данные, таким образом, могут быть сохранены в момент обнуления применительно к любой из вышеприведенных причин, так что накопленный расход энергии может, например, быть использован для оценки, как описано ниже. После сохранения накопленного расхода энергии на этапе 203, или если данные в отношении накопленного расхода энергий не должны сохраняться, способ перемещается к этапу 204 для определения того, неподвижно ли транспортное средство. Если так, то не происходит никакого преобразования/расхода никакой кинетической или потенциальной энергии и способ перемещается обратно к этапу 201, чтобы вновь определить, должно ли выполняться определение расхода энергии. Тем не менее, если транспортное средство находится в движении на этапе 204, то способ переходит к этапу 205 оценки количества энергии, преобразуемого одной или более тормозящими силами, которые противодействуют перемещению транспортного средства в направлении движения. Это может быть достигнуто различными отличными способами, как приводится в качестве примера ниже. Способ, иллюстрируемый на Фиг. 2, может применяться к каждой тормозящей силе индивидуально или одновременно ко всем из тех, для которых выполняется определение. Один вариант осуществления определяет только расход энергии через тормозящую силу от рабочей тормозной системы транспортного средства. Другой вариант осуществления определяет только расход энергии применительно к тормозящей силе, формируемой внутренней тормозной системой транспортного средства, например, рабочему тормозу, дополнительному тормозу, и т.д.
В случае тормозящих сил от внутренней тормозной системы транспортного средства, расход энергии происходит, когда активна тормозная система, и определение того, активна ли тормозная система выполняется до того, как оценивается, что транспортное средство испытывает уменьшение кинетической и/или потенциальной энергии в результате активации тормозной системы. Один вариант осуществления определяет энергию, преобразуемую при каждой активации соответствующих тормозных систем, т.е. независимо от того, привело или нет торможение к изменению скорости транспортного средства. Один вариант осуществления определяет только количество энергии, расходуемое при уменьшении скорости транспортного средства, т.е. количества преобразованной энергии определяются только для операций торможения, которые фактически уменьшили скорость транспортного средства. При, например, определении количества преобразованной энергии для тормозной системы поддержания постоянной скорости, один вариант осуществления определяет количество энергии, преобразуемое тормозной системой поддержания постоянной скорости, для того чтобы гарантировать то, что транспортное средство не достигнет слишком высокой скорости, например, при движении на спуске.
В настоящем примере, изобретение реализовано в блоке 131 управления, который имеет средство для приема сигналов, которые относятся к тормозным системам, и прочих сигналов, которые относятся к транспортному средству. Как упомянуто ранее, транспортное средство может, например, быть обеспечено замедлителем, тормозом-замедлителем в выпускной системе двигателя, рабочим тормозом и тормозом при торможении двигателем, и в этом случае блок 131 управления имеет средство для приема сигналов, которые относятся к этим тормозным системам, например, либо от блока 111 управления тормозной системой, либо непосредственно от каждой тормозной системы индивидуально или от некоторого другого приемлемого блока управления. Соответствующие тормозные системы и/или блоки управления тормозами могут, например, отправлять сигналы блоку 131 управления до тех пор, пока активна каждая тормозная система.
Большой объем информации также доступен системам управления в транспортных средствах затрагиваемого здесь типа через различные блоки управления. Эти доступные данные могут быть использованы блоком 131 управления для оценки расхода энергии, который в дополнение к одной или более внутренним тормозным системам транспортного средства связан с другими тормозящими силами, которые воздействуют на транспортное средство. Оценка различных тормозящих сил может быть основана на хорошо известных физических законах для того чтобы квалифицированно получить информацию о преобразованной энергии. Способы оценки количеств преобразованной энергии для разных тормозящих сил приведены в качестве примера ниже.
Приближенная оценка влияния рабочего тормоза, который может применяться в случаях, когда расход энергии накапливается для операций торможения, которые приводят к уменьшению скорости, может быть получена посредством определения уменьшения кинетической энергии, т.е.
1
2
, где v является скоростью транспортного средства в начале активации тормоза, a v является его скоростью, когда активация тормоза завершена. Тем не менее, данный подход не учитывает изменение скорости, которое будет испытывать транспортное средство в любом случае, например, из-за наклонной поверхности движения.
В одном варианте осуществления, блок 131 управления, вследствие этого, принимает сигналы, которые представляют собой, тормозящий момент, прикладываемый каждой тормозной системой, или сигналы, по которым может быть определен тормозящий момент. Возможные примеры содержат тормозящий момент от рабочих тормозов (например, дисковых или барабанных тормозов), тормозящий момент от тормозов замедлителя, тормозящий момент от тормозов-замедлителей в выпускной системе двигателя и тормозящий момент от одного или более других дополнительных тормозов, например, момент тормоза при торможении двигателем.
Затем на основании упомянутых тормозящих моментов можно определить для каждой тормозной системы размеры энергии, которые представляют собой количество энергии, преобразуемой во время операции торможения, т.е. количество энергии, на которое кинетическая и/или потенциальная энергия транспортного средства уменьшается в течение периода, когда активирована тормозная система. Размер энергии также может быть определен для операции торможения в целом, например, в случае, когда определение охватывает все тормозные системы, задействованные в операции торможения.
Данный размер, таким образом, в частности, указывает количества энергии, расходуемой на торможение во время операции торможения или посредством конкретной тормозной системы. Если, например, рабочий тормоз используется в течение короткого периода, но при высокой загрузке (высокий момент), то результат все равно будет точным значением для влияния/использования рабочего тормоза.
Как упомянуто ранее, большой объем информации доступен через различные блоки управления, например, текущий момент, подводимый двигателем 101, доступен через блок 119 управления двигателем другим блокам управления через систему управления транспортного средства. Момент может быть положительным, при расходе топлива, или отрицательным, во время торможения двигателем. Момент, применяемый посредством тормоза-замедлителя в выпускной системе двигателя, также может быть представлен в отчете, например, непрерывно и через, например, приемлемые блоки управления, например, блок 111 управления тормозами или модуль управления, предназначенный для тормоза-замедлителя в выпускной системе двигателя, или некоторым другим приемлемым способом. Когда водитель или блок управления тормозами запрашивает торможение при помощи тормоза-замедлителя в выпускной системе двигателя, то текущий тормозящий момент, таким образом, доступен другим блокам управления через систему управления. Аналогичным образом, текущий тормозящий момент замедлителя доступен через систему управления транспортного средства. Системы дискового тормоза и системы барабанного тормоза могут либо представлять отчет о тормозных давлениях (из которых тормозящий момент может быть вычислен на основании физических зависимостей, известных специалисту в соответствующей области), или непосредственно тормозящий момент через систему управления. Результатом является простой способ обеспечения требуемой информации блоку 131 управления.
Как хорошо известно, энергия Е может быть выражена как Е=Fs, где F представляет силу, а s представляет пройденное расстояние, что является тем же самым, что и интегрирование силы и скорости по времени. Выходная мощность P=F (сила, действующая на транспортное средство) * V (скорость транспортного средства), и Энергия = Выходная мощность * время. Поскольку информация о скорости транспортного средства также доступна через его систему управления, то все, что остается - это преобразовать принимаемый тормозящий момент к фактическим тормозящим силам, которые действуют на колеса транспортного средства.
Тормозящий момент тормоза при торможении двигателем и тормозящий момент тормоза-замедлителя в выпускной системе двигателя сначала умножаются на текущее передаточное число в коробке передач (информация также обычно доступна через систему управления) и затем на передаточное число главной передачи, перед тем как будет разделен на радиус ведущих колес. Эти факторы, как правило, уже известны из технического описания транспортного средства, однако также могут быть доступны через систему управления. Если водитель включает нейтральную передачу, если транспортное средство меняет передачу или если выжимается сцепление, то можно непосредственно определить, что эти два тормозящих момента будут равны нулю, поскольку тормоз при торможении двигателем и тормоз-замедлитель в выпускной системе двигателя (тормоз-замедлитель в выпускной системе двигателя, расположенный выше по потоку по отношению к коробке передач) тогда отсоединяются от ведущих колес.
Тормозящая сила, формируемая замедлителем, зависит от его местоположения. Как иллюстрируется на Фиг. 1а, замедлитель, обычно, располагается после коробки передач, так что момент, формируемый замедлителем, умножается на передаточное число главной передачи и делится на радиус ведущих колес.
Тормозящие силы для дисковых и барабанных тормозов могут быть определены разнообразными отличными способами. Момент дисковых и барабанных тормозов должен быть разделен только на радиус ведущих колес, чтобы перейти к размеру тормозящей силы. Если информация о тормозящих моментах отсутствует, может быть использована модель для перехода от тормозного давления к тормозящему моменту. Например, информация о типах тормозов, количестве участвующих в торможении осей и т.д. может быть использовано в модели. Вся такая информация обычно известна из технических описания транспортных средств и/или доступна через систему управления.
Тормозящая сила для дисковых и барабанных тормозов также может быть определена как , где М является тормозящим моментом, v - скорость транспортного средства, а ω - угловая скорость.
Следует отметить, что приведенное выше в качестве примера вычисление является лишь примером того, каким образом может быть определена энергия, расходуемая на торможение. Системы управления в транспортных средствах непрерывно развиваются и постоянно принимают все лучшие и лучшие допущения для вычисления энергии, расходуемой на торможение через тормозную систему транспортного средства, и выполнение вычисления, таким образом, который в наибольшей степени согласуется с соответствующим транспортным средством, находится в рамках объема настоящего изобретения.
Так же как и при тормозящих силах от внутренней тормозной системы транспортного средства, энергия аналогично преобразуется посредством тормозящих сил, вызываемых главным образом сопротивлением воздуха, сопротивлением качению и трением в двигателе.
Расход энергии из-за сопротивления воздуха может быть определен на основании силы сопротивления воздуха , где ρ является плотностью воздуха, А - площадь поперечного сечения транспортного средства в направлении движения, v - скорость транспортного средства относительно ветра и Cd - коэффициент сопротивления воздуха, который зависит от конфигурации поверхностей транспортного средства, которые встречаются с ветром, и зависит, в основном, от всех внешних деталей транспортного средства. Коэффициент сопротивления воздуха может быть сложно вычислить, но силу сопротивления воздуха можно, например, оценить посредством вычитания других противодействующих сил, как описано ниже, из мощности, которую развивает двигатель (доступную через блок управления двигателем). Коэффициент сопротивления воздуха также может быть оценен данным способом. В качестве альтернативы, Cd может быть измерен, но измениться, как только, например, будет прицеплен другой прицеп. Таким образом, сопротивление воздуха может быть вычислено системой управления транспортного средства. Следовательно, сопротивление воздуха сильно зависит от скорости транспортного средства, и обычно большая часть суммарного расхода энергии при междугородних перевозках с высокой средней скоростью будет связана с преодолением сопротивления воздуха.
Другой значительной тормозящей силой, которая вносит свой вклад в расход энергии и также может быть оценена в соответствии с настоящим изобретением, является сопротивление качению транспортного средства. Сила сопротивления качению может быть выражена как F=CrN, где Cr является коэффициентом сопротивления качению, который зависит главным образом от шин/колес транспортного средства, поверхности дороги и нормальной силы N, на которую большое значение оказывает преобладающая масса транспортного средства. Сила сопротивления качению также может быть определена посредством системы управления транспортного средства.
Дополнительной тормозящей силой, которая вносит свой вклад в расход энергии, возникает из-за внутреннего трения в двигателе, таким образом, что влияние трения может быть вычислено как Р=Мω, а энергия соответственно посредством интегрирования данного влияния по времени. Результирующая тормозящая сила, вследствие этого, является зависимой от скорости и, следовательно, увеличивается с увеличением скорости.
Дополнительным фактором является трение в коробке передач, которое также является зависимым от скорости, так что, то, что определено выше в отношении вычисления трения в двигателе, также применяется к трению в коробке передач. Потери из-за эффективности коробки передач являются дополнительным фактором.
Другой тормозящей силой являются потери от трения в валах/ступицах, которая также зависит от скорости вращения и, следовательно, скорости транспортного средства и передаточного числа главной передачи, так же как и эффективность передачи.
Дополнительные потребители энергии присутствуют в виде различного вспомогательного оборудования, приводимого в движение двигателем, например, системы кондиционирования воздуха, вентиляторов, и т.д. Также могут присутствовать другие потребители, такие как дополнительное и прочее вспомогательное оборудование, предусмотренное для приведения в действие, например, подъемных кранов, и т.д., когда транспортное средство неподвижно. Расход энергии также может определяться для режима холостого хода.
Таким образом, в дополнение к компонентам расхода энергии, которые, главным образом, оказывают влияние на транспортное средство, когда оно находится в движении, расход энергии также может быть определен и представлен, как описано ниже, для компонентов расхода энергии, которые оказывают влияние на транспортное средство, когда оно неподвижно.
Таким образом, на этапе 205 расход энергии может быть оценен для некоторого количества тормозящих сил, после чего способ 200 перемещается к этапу 206 для обновления накопленного расхода энергии для каждой тормозящей силы. После обновления на этапе 206, способ перемещается к этапу 207, для определения того, должны ли данные по накопленному расходу энергии быть представлены водителю до того как способ перейдет обратно к этапу 210. Таким образом, способ может выполняться непрерывно так, что оценка и накопление могут происходить на всем протяжении поездки, создавая свежие оценки всякий раз, когда способ проходит этап 205 применительно к тормозящим силам, которые в то время оказывают влияние на транспортное средство. Например, транспортное средство будет подвержено влиянию сопротивления качению и сопротивления воздуха пока оно перемещается, тогда как его тормозные системы будут работать, только когда активируются. Способ 200 может, например, выполняться один или более или много раз в секунду, для того чтобы непрерывно определять текущий расход энергии для каждой тормозящей силы. Следовательно, посредством интегрирования этих сил по пройденному расстоянию и/или времени можно определить суммарную энергию, преобразуемую в результате соответствующих противодействующих тормозящих сил.
Если определяется, что данные расхода энергии должны быть представлены водителю, то это выполняется на этапе 208, посредством представления накопленного расхода энергии. В настоящем примере, это происходит через дисплей 130.
Раз так, то, например, может быть представлена энергия, расходуемая на торможение, и может быть, например, выражена в виде энергии, например, количества мегаджоулей МДж или киловатт часов кВт/ч, расходуемых через соответствующие тормозящие силы. В качестве альтернативы, например, для повышения понятности для водителя, энергия, расходуемая на торможение, может быть вместо этого выражена в виде расходуемого топлива, например, в литрах (л) или литрах (л)/100 км. Дополнительной возможной альтернативой является представление стоимости расходуемого на торможение топлива. Также возможно, например, представление водителю как количества расходуемого на торможение топлива, так и стоимости топлива, расходуемого на торможение.
Расходуемая энергия может быть преобразована в топливо несколькими разными способами, например, может предполагаться, что литр дизельного топлива создает около 5 кВт/ч энергии для работы двигателя (данное значение также содержит энергию, требуемую для преодоления его внутренних потерь, что означает, что фактическое количество энергии, используемое для вращения выходного вала двигателя - меньше).
Общая энергоемкость дизельного топлива составляет около 10-12 кВт/л (1 кВт/ч = 3,6 Мдж), оставшаяся энергия преобразуется в тепло.
Таким образом, может предполагаться, что расход энергии составляет около 1 литра на единицу количества энергии, расходуемой на торможение, а именно 5*3,6=18 МДж. Делая данное определение, и затем, представляя расход энергии водителю, таким образом, обеспечивают ему/ей лучшую обратную связь в отношении фактического количества энергии, участвующего лишь в торможении транспортного средства.
Фиг. 3 является примером того, как может выглядеть представление для водителя, в форме столбчатой диаграммы, показывающей суммарный расход топлива транспортного средства во время поездки, выраженный в литрах/100 км, разделенный на некоторое количество компонентов расхода энергии. Как видно, в настоящем примере большая часть энергии расходуется при преодолении сопротивления воздуха и сопротивления качению. Диаграмма имеет столбцы для двух разных применяемых максимальных скоростей (89 и 85 км/ч), чтобы на примере показать влияние скорости на расход топлива для различных компонентов расхода энергии. Водителю могут быть отображены сдвоенные столбцы, например, один из них для фактического расхода во время поездки, а другой оценочный расход, который был бы получен, если бы максимальная/средняя скорость была бы ниже. Тем не менее, один вариант осуществления отображает для каждого потребителя один столбец, который представляет собой фактический расход во время поездки.
Изображенные столбцы являются весьма схематичными и их взаимные размеры, конечно, будут сильно меняться в зависимости от скорости транспортного средства, перевозимого груза, окружающих условий, городского движения транспорта, использования национальных автострад, и т.д.
Таким образом, можно видеть, каким образом топливо, расходуемое во время поездки, разбивается между различными тормозящими силами, которые противодействуют перемещению транспортного средства. Один вариант осуществления объединяет представление расхода энергии со способом для представления водителю подсказок в отношении вождения транспортного средства. В связи с этим настоящее изобретение может быть преимущественно объединено с существующими системами помощи для экономичного вождения.
Например, можно, если превалирующая скорость или средняя скорость транспортного средства расценивается как высокая, выдать водителю подсказку несколько замедлиться, для того чтобы уменьшить влияние сопротивления воздуха. Например, снижение скорости транспортного средства с 89 до 87 км/ч приведет к уменьшению сопротивления воздуха на около 10 МДж/100 км, т.е. примерно на 0,5 л/100 км.
Уменьшение скорости также может привести к уменьшению энергии, расходуемой на торможение, например, через замедлитель/тормоз-замедлитель в выпускной системе двигателя в режиме автомата постоянной скорости и/или когда, догоняют другое транспортное средство.
Если часть энергии, расходуемой через внутренние тормозные системы транспортного средства, высока, то водителю может быть, например, выдана подсказка в отношении поддержания большего интервала до транспортных средств спереди или в отношении того, чтобы попытаться лучше прогнозировать движение транспорта спереди, для того, чтобы предчувствуя избегать ускорений, за которыми непосредственно будет следовать торможение. Например, торможение 40-тонного автопоезда с 90 до 70 км/ч соответствует уменьшению кинетической энергии на около 5 МДж , т.е. около 0,3 литра дизельного топлива. Это также означает, что потребуется около 0,3 литра топлива, чтобы ускорить транспортное средство вновь до 90 км/ч. Если можно избежать торможения, например, лучше предчувствуя или посредством более длинного интервала до транспортных средств спереди, следовательно, данное количество топлива может быть сэкономлено.
Более того, для уменьшения трения в двигателе водитель должен вести транспортное средство при столь низких оборотах двигателя, насколько это возможно, и, следовательно, на столь высокой передаче, насколько это возможно. Если транспортное средство движется на более низкой передаче, чем та, которую его система управления оценивает как соответствующую, то это, например, может быть указано водителю посредством рекомендации повысить передачу. Следует иметь в виду, что скорость транспортного средства также оказывает влияние, по меньшей мере, когда оно движется на разных скоростях без смены передачи.
Один вариант осуществления определяет только расход энергии, вызываемый активацией любой из внутренних тормозных систем транспортного средства, а другой определяет только расход энергии, вызываемый активацией рабочей тормозной системы.
Накопление представления энергии, расходуемой на торможение, во время, например, поездки, обеспечивает хорошую единицу измерения того, каким образом осуществляется вождение транспортного средства. Чем выше количество энергии, расходуемой на торможение, через, например, рабочую тормозную систему, тем вероятнее меньше предусмотрительности проявляет водитель при вождении транспортного средства. Данные расхода энергии могут быть обеспечены для каждой из тормозных систем индивидуально, т.е. представление расходуемой энергии может накапливаться по отдельности для каждой из тормозных систем, или в качестве накопления совместного значения. Кроме того, можно прийти к разделению между энергией, расходуемой различными упомянутыми тормозящими силами, обеими тормозными системами и другими тормозящими силами, что дает возможность оценки вождения транспортного средства на основании разделения расхода энергии между разными тормозящими силами. Например, высокий расход энергии из-за первой тормозящей силы может быть оправдан расходом энергии из-за второй тормозящей силы, и это может учитываться при оценке. Например, высокое сопротивление качению, т.е. тяжело нагруженное транспортное средство, может уменьшить негативное влияние других тормозящих сил, которые по меньшей мере частично зависят от веса транспортного средства.
В качестве дополнения или альтернативы к отображению для водителя данные расхода энергии, описанные выше, также могут быть переданы, например, через надлежащие телекоммуникационные системы, в систему управления транспортом, применяемой в автомобильном хозяйстве, частью которого является транспортное средство, например, в систему "Scania Fleet Management" компании Scania. Следует иметь в виду, что транспортное средство может быть выполнено с возможностью непрерывной отправки данных в систему управления транспортом, которые затем могут быть использованы для оценки как поездки, так и водителя. Если, например, водитель управляет разными транспортными средствами, то данные могут быть сохранены как на уровне транспортного средства, так и на уровне водителя в системе управления транспортом, таким образом, что как водитель, так и транспортные средства могут быть сравнены друг с другом, например, в отношении использования транспортного средства и топливной экономичности. Таким образом, изобретение обеспечивает возможность хорошей оценки водителя транспортного средства, а также сравнения, например, разных водителей, которые управляют одним и тем же транспортным средством в разное время.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами его осуществления, а относится ко всем вариантам в рамках объема правовой охраны прилагаемых независимых пунктов формулы изобретения и содержит все такие варианты осуществления. Например, изобретение приведено выше в качестве примера применительно к транспортному средству с двигателем внутреннего сгорания. Изобретение также может быть применено к транспортным средствам с другими типами основного движителя, поскольку оценка расхода энергии, как представлено выше, также относится, например, к транспортным средствам с электрическими двигателями.