СПОСОБ ЗАЩИТЫ СИЛОВОГО ПРИВОДА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПРИ ХОЛОДНОМ ЗАПУСКЕ
PROTECTION OF AUTOMOTIVE POWER DRIVE IN COLD START

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу защиты силового привода транспортного средства при холодном запуске согласно преамбуле п.1. Изобретение также относится к машиночитаемому носителю данных с компьютерной программой и компьютерному программному продукту для защиты силового привода транспортного средства при холодном запуске.
Предпосылки создания изобретения
Известно, что холодный запуск (запуск из холодного состояния) транспортного средства, оснащенного двигателем внутреннего сгорания в качестве первичного двигателя и автоматической механической трансмиссией (АМТ), отрицательно влияет на конструкцию двигателя и АМТ главным образом из-за ухудшения смазывающей способности смазочного материала (масла) транспортного средства в условиях низкой температуры. Из уровня техники известен ряд решений, в которых предпринимались попытки смягчить отрицательное влияние ухудшения смазывающей способности смазочного материала при холодном запуске.
Одним из примеров является патент DE 10325666, в котором выполнение переключений передач и различных команд силового привода ограничено в зависимости от температуры окружающей среды. Чтобы повысить безопасность во время переключения передач, предложено уменьшение крутящего момент на выходе двигателя.
Другим примером являются известные из уровня техники двигатели, которые обычно оснащают функциями, на время ограничивающими максимально допустимый крутящий момент двигателя и(или) частоту вращения двигателя при холодном запуске. Когда такой двигатель посредством АМТ или другой автоматической трансмиссии соединяют с ведущими колеса транспортного средства, могут возникать затруднения с управлением трансмиссией во время холодного запуска, такие как рыскание передачи и(или) зависание передачи из-за неожиданного ограничения характеристик двигателя при холодном запуске.
В основу настоящего изобретения положена задача ослабления отрицательных воздействий на управление трансмиссией во время холодного запуска.
Краткое изложение сущности изобретения
В изобретении предложен способ защиты силового привода транспортного средства (далее - автомобиля) при холодном запуске. Автомобиль имеет (включает, но без ограничения) по меньшей мере двигатель и автоматическую трансмиссию, соединяющую двигатель с ведущими колесами автомобиля и обеспечивающую различные передаточные отношения между двигателем и ведущими колесами, и при температуре ниже определенной заданной предельной температуры, то есть ниже нормальной рабочей температуры упомянутого двигателя, осуществляют по меньшей мере одно из следующих двух действий:
ограничивают максимально допустимый крутящий момент, создаваемый двигателем, первой заданной величиной крутящего момента, меньшей, чем максимально допустимый крутящий момент двигателя при упомянутой нормальной рабочей температуре, или
ограничивают максимально допустимую частоту вращения двигателя первой заданной величиной частоты вращения, меньшей, чем максимально допустимая частота вращения при упомянутой нормальной рабочей температуре,
при этом упомянутая заданная величина крутящего момента или частоты вращения задает ограниченную рабочую область (режимов) силового привода, адаптированную к чувствительности к холодному запуску по меньшей мере двигателя или трансмиссии. С помощью этого способа решается задача ослабления отрицательных воздействий на управление трансмиссией во время холодного запуска путем адаптации управления трансмиссией по меньшей мере к одной из упомянутых величин при условии, что указанная температура находится ниже упомянутой заданной предельной температуры.
Следовательно, преимуществом способа согласно настоящему изобретению является улучшенное управление трансмиссией во время холодного запуска, что обеспечивает улучшение общих характеристик силового привода.
В одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения выбор передач и частоту вращения при переключении передач адаптируют к рабочей области силового привода. Тем самым моменты переключения как на более высокую, так и более низкую передачу можно адаптировать к существующим ограничениям рабочей области двигателя.
Дополнительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет более подробно описано со ссылкой на сопровождающие его чертежи, на которых в качестве примеров показаны дополнительные предпочтительные варианты осуществления ограничений рабочей области двигателя при холодном запуске, а также технические предпосылки, и на которых:
на фиг.1 и 2 схематически показаны диаграммы зависимости крутящего момента и частоты вращения двигателя для двух вариантов ограничений рабочей области двигателя при холодном запуске,
на фиг.3 показано устройство согласно одному из вариантов осуществления изобретения.
Описание изобретения
Настоящее изобретение с выгодой применимо в автомобиле, оснащенном двигателем внутреннего сгорания, таким как, например, двигатель на угольно-водородном топливе в качестве двигательного агрегата. Обычно, когда двигатель бездействует в течение какого-то времени, его температура падает ниже рабочей температуры. Рабочей температурой является температура, при которой с наибольшей эффективностью работают различные системы двигателя, например системы смазки. Таким образом, холодным запуском может считаться запуск двигателя при температуре ниже рабочей температуры. Холодный запуск можно определить, как запуск при температуре ниже определенной заданной температуры, то есть при температуре, которая может быть на несколько градусов ниже упомянутой рабочей температуры, когда упомянутые различные системы двигателя работают достаточно эффективно и риск увеличения износа или иного ущерба двигателю при холодном запуске является минимальным.
Двигатель предпочтительно соединен с ведомыми колесами автомобиля посредством трансмиссии, обеспечивающей различные передаточные отношения между частотой вращения двигателя и частотой вращения ведомых колес. Двигатель и трансмиссию можно определить как силовой привод автомобиля. Чтобы определить, существует ли условие холодного запуска, можно измерить температуру с помощью датчика для измерения температуры. Такой датчик может быть рассчитан на измерение температуры смазочного материала в системе смазки двигателя и(или) охлаждающей среды в системе охлаждения двигателя. В одном из альтернативных вариантов осуществления может измеряться температура двигателя и трансмиссии. В одном из дополнительных вариантов осуществления может измеряться только температура трансмиссии с целью определить, существует ли условие холодного запуска. При запуске двигателя происходит повышение температуры в результате процесса сгорания топлива в двигателе. По истечении некоторого времени, которое зависит от существующих условий, температура силового привода достигает рабочей температуры.
В силовом приводе с трансмиссией типа АМТ выбор и переключение передач осуществляет блок управления трансмиссией исходя из определенных измеренных и(или) вычисленных параметров, таких как скорость автомобиля, частота вращения двигателя, быстрота изменения скорости автомобиля, быстрота изменения частоты вращения двигателя, положение регулятора газа, быстрота изменения положения регулятора газа, срабатывание тормозной системы автомобиля, текущее включенное передаточное отношение и т.д. Все это известно из уровня техники. Когда температура достигает рабочей температуры, весь диапазон характеристик силового привода может использоваться с минимальным износом.
В одном из вариантов осуществления блок управления (например, блок управления двигателем) автомобиля может быть запрограммирован определять, ниже ли упомянутая температура, чем заданная температура. При температуре выше упомянутой заданной температуры будет доступен весь диапазон характеристик силового привода для сообщения движения автомобилю. Напротив, при температуре ниже упомянутой заданной температуры блок управления запрограммирован ограничивать характеристики силового привода таким образом, чтобы смягчать воздействия холодного запуска при температуре ниже упомянутой заданной температуры, при этом в соответствии с изобретением блок управления трансмиссией также запрограммирован адаптировать управление трансмиссией при условии, что упомянутая температура ниже упомянутой заданной предельной температуры.
a
b
w
На фиг.1 показана диаграмма, на которой по оси у отложен крутящий момент Т двигателя, а по оси х - частота вращения n двигателя. Полный или максимальный диапазон характеристик двигателя обозначен кривой 1, которая тем самым ограничивает рабочую область 2 двигателя. Форма кривой 1 представлена схематически, но в целом она, по меньшей мере в основном, соответствует типичной кривой зависимости крутящего момента и частоты вращения для известного из уровня техники двигателя внутреннего сгорания. Согласно этому варианту осуществления характеристики силового привода ограничивают на двух стадиях в зависимости от первой заданной температуры tи второй заданной температуры t. Если рабочая температура двигателя составляет t, между этими температурами существует следующая зависимость:
a
b
w
t<t<t.
b
w
a
1
1
a
b
2
2
a
b
2
2
Упомянутая вторая заданная предельная температура t может быть всего на несколько градусов ниже температуры t. Если во время запуска двигателя температура ниже t, максимально допустимая частота вращения двигателя ограничена величиной n, а максимально допустимый крутящий момент двигателя ограничен величиной T. Таким образом, задается рабочая область двигателя ниже этих двух величин. После повышения температуры до уровня выше t, но ниже t максимально допустимая частота вращения двигателя ограничена величиной n, а максимально допустимый крутящий момент двигателя ограничен величиной Т. Таким образом, после повышения температуры до уровня между t и t обеспечивается расширенная рабочая область, заданная величинами Т и n. Возможны варианты осуществления с использованием только одной заданной предельной температуры, образующей только еще одну ограниченную рабочую область двигателя по сравнению с полной рабочей областью, заданной кривой 1. Также возможны варианты осуществления с использованием более двух заданных температур и тем самым нескольких допустимых рабочих областей двигателя. Также возможны варианты осуществления с использованием рабочей области при холодном запуске, ограниченной только максимально допустимой частотой вращения двигателя, или варианты осуществления с использованием рабочей области при холодном запуске, ограниченной только максимально допустимым крутящим моментом двигателя.
1
1
1
1
1
В одном из вариантов осуществления изобретения блок управления трансмиссией для управления выбором передач и выбором частоты вращения при переключении передач выбирает передачи и частоту вращения при переключении передач в зависимости от упомянутых ограниченных рабочих областей, рассмотренных выше, т.е. с использованием ограниченной максимально допустимой частоты вращения двигателя и(или) ограниченного максимально допустимого крутящего момента двигателя. Таким образом, при осуществлении способа согласно изобретению обеспечивается адаптированный и отличающийся от нормального выбор передач и частоты вращения при переключении на более высокую передачу во время холодного запуска. Степень адаптации управления трансмиссией зависит от того, насколько доступны характеристики двигателя. Например, характеристики двигателя, ограниченные в соответствии с T и n на фиг.1, обеспечивают адаптацию управления трансмиссией, при которой, например, за счет ограничения n переключение на более высокую передачу осуществляется при меньшей частоте вращения, чем нормальная частота вращения, или за счет ограничений n и T переключение на более высокую передачу осуществляется позже, чем нормально. Способы адаптации стратегий управления трансмиссией как таковых к определенным доступным характеристикам двигателя или рабочей области двигателя известны из уровня техники.
x
y
w
На фиг.2, как и на фиг.1, также показана соответствующая кривая, ограничивающая общую рабочую область двигателя. Кроме того, показана кривая 3, ограничивающая максимально допустимый отрицательный крутящий момент двигателя и рабочую область двигателя при отрицательных крутящих моментах двигателя во время, например, торможения двигателем (вспомогательный тормоз, которым может являться, например, компрессионный тормоз). В данном случае характеристики силового привода ограничивают на двух стадиях в зависимости от первой заданной температуры t и второй заданной температуры t. Если рабочая температура двигателя составляет t, между этими температурами существует следующая зависимость:
x
y
w
t<t<t.
x
x
y
x
y
x
y
Если температура во время запуска двигателя ниже t, упомянутая максимально допустимая частота вращения двигателя и максимально допустимый крутящий момент двигателя будут ограничены первой заданной кривой 4. Каждой заданной максимально допустимой частоте вращения двигателя соответствует одна величина максимально допустимого крутящего момента двигателя. Таким образом, рабочая область двигателя ограничена областью ниже упомянутой заданной первой кривой 4, при этом величины максимально допустимого крутящего момента и частоты вращения являются более оптимизированными по сравнению с вариантами осуществления, поясненными со ссылкой на фиг.1. После того, когда температура достигает уровня выше t, но ниже заданной второй температуры t, максимально допустимая частота вращения двигателя будет ограничена второй кривой 5. Таким образом, после того как температура достигает уровня между t and t, обеспечивается расширенная рабочая область, ограниченная кривой 5. Упомянутые кривые 4 и 5 предпочтительно построены таким образом, что при более высокой частоте вращения допускается меньший крутящий момент и наоборот. Таким образом, максимально допустимый крутящий момент постоянно уменьшается по мере увеличения частоты вращения. Это объясняется тем, что относительно более высокий крутящий момент двигателя обычно более вреден для силового привода в сочетании с более высокой частотой вращения, чем более низкой частотой вращения при таком же крутящем моменте. Согласно этому варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.2, также возможны две кривые 6 и 7 максимально допустимых отрицательных крутящих моментов двигателя при таких же заданных температурах t и t. Форма кривых 6 и 7 соответствует форме кривых 4 и 5, несмотря на то что они не должны точно отображать кривые 4 и 5, поскольку соответствующий отрицательный крутящий момент при такой же частоте вращения, что и положительный крутящий момент, может несколько иначе влиять на силовой привод.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения блок управления трансмиссией для управления выбором передач и выбором частоты вращения при переключении передач выбирает передачи и частоту вращения при переключении передач в соответствии с одной из показанных на фиг.2 ограниченных рабочих областей двигателя, которая доступна во время холодного запуска. Таким образом, при осуществлении способа согласно изобретению обеспечивается адаптированный и отличающийся от нормального выбор передач и частоты вращения во время холодного запуска.
В одной из разновидностей варианта осуществления, показанного на фиг.2, во время холодного запуска может ограничиваться только положительный крутящий момент двигателя, и тем самым управление трансмиссией согласно изобретению адаптируется только к кривым 4 и(или) 5, показанным на фиг.2. В другой разновидности варианта осуществления управление трансмиссией может адаптироваться только к показанным на фиг.2 кривым 6 и(или) 7 отрицательного крутящего момента двигателя.
В одном из дополнительных вариантов осуществления крутящий момент двигателя во время холодного запуска может ограничиваться в соответствии с кривой или кривыми, сходными с той, которая показана на фиг.2, а отрицательный крутящий момент во время холодного запуска может ограничиваться в соответствии с максимально допустимой частотой вращения двигателя и максимально допустимым крутящим моментом двигателя, как это показано на фиг.1 применительно к отрицательному крутящему моменту. Согласно изобретению управление трансмиссией в случае всех упомянутых выше ограниченных рабочих областей двигателя можно адаптировать к существующим ограниченным характеристикам двигателя при холодном запуске. Таким образом, передачи и частоты вращения при переключении передач можно выбирать в зависимости от упомянутых ограниченных рабочих областей двигателя, показанных на фиг.2, т.е. при ограниченной максимально допустимой частоте вращения двигателя и(или) ограниченном максимально допустимом крутящем моменте двигателя. При осуществлении способа согласно изобретению выбор передач и частоты вращения при переключении на более высокую/низкую передачу будет отличаться от нормального выбора.
Если изменением передаточного отношения является переключение на более низкую передачу, блок управления трансмиссией запрограммирован откладывать переключение на более низкую передачу до наступления условия, при котором ожидается, что частота вращения двигателя будет немного ниже упомянутой максимально допустимой частоты вращения во время холодного запуска при включенной упомянутой более низкой передаче. Кроме того, если изменением передаточного отношения является переключение на более низкую передачу, блок управления трансмиссией может быть запрограммирован выбирать промежуточную низкую передачу, которая после переключения на более низкую передачу и в текущих условиях обеспечивает частоту вращения двигателя немного ниже упомянутой максимально допустимой частоты вращения во время холодного запуска.
Также возможны показанные на фиг.2 ограниченные рабочие области с использованием только одной или более двух заданных температур, которые тем самым ограничивают только одну или более двух допустимых рабочих областей двигателя, автоматически адаптироваться к которым запрограммирован блок управления трансмиссией согласно изобретению.
Вариант осуществления, рассмотренный со ссылкой на фиг.1, также может быть рассчитан на отрицательные крутящие моменты двигателя, имеющие заданные предельные температуры и связанными с ними максимально допустимые предельные частоты вращения двигателя и отрицательные крутящие моменты двигателя.
Регулирование крутящего момента, создаваемого двигателем, и частоты вращения двигателя осуществляют известным способом, например, крутящий момент двигателя и частота вращения могут регулироваться путем регулирования расхода топлива. Иные способы управления двигателем как таковые также известны из уровня техники.
Различные заданные температуры и связанные с ними частоты вращения двигателя и крутящие моменты двигателя могут быть заданы путем испытаний силового привода с конкретной конфигурацией. Таким образом, двигатели и(или) силового привода различных моделей имеют различные предпочтительные ограничения при холодном запуске для максимального ослабления отрицательных воздействий холодного запуска.
В одном из дополнительных вариантов осуществления упомянутый блок управления трансмиссией может быть запрограммирован при определенных условиях отменять существующие ограничения рабочей области двигателя при холодном запуске. Например, во избежание возможной остановки автомобиля при переключении передач на крутом подъеме блок управления трансмиссией может отменять существующие ограничения рабочей области двигателя и на время разрешать двигателю работать в пределах его полной (нормальной) возможной рабочей области.
Упомянутые трансмиссии могут представлять собой трансмиссии различных типов, например: бесступенчатую трансмиссию, ступенчатую трансмиссию, такую как коробка передач с переключением скоростей под нагрузкой (например, трансмиссия с двойным сцеплением), автоматическую трансмиссию или автоматическую механическую трансмиссию и т.д.
Информация о различных ограниченных рабочих областях двигателя может передаваться блоку управления трансмиссией посредством, например, системы шин в корпусе. Таким образом, в блок управления трансмиссией могут непрерывно поступать обновленные данные доступных характеристик двигателя.
На фиг.3 показано устройство 500 согласно одному из вариантов осуществления изобретения, содержащее энергонезависимую память 520, процессор 510 и память 560 с оперативной записью и считыванием. Память 520 имеет первую область 530, в которой хранится компьютерная программа для управления устройством 500. Компьютерной программой для управления устройством 500, хранящейся в области 530 памяти, может являться операционная система.
Устройство 500 может помещаться, например, в блоке управления, таком как упомянутый блок управления трансмиссией. Блоком 510 обработки данных может являться, например, микрокомпьютер.
Память 520 также имеет вторую область 540, в которой хранится программа управления трансмиссией во время холодного запуска согласно изобретению. В одном из альтернативных вариантов осуществления программа управления трансмиссией во время холодного запуска хранится в отдельной энергонезависимой запоминающей среде (машиночитаемом средстве) 550, такой как, например, компакт-диск или полупроводниковая память со сменными дисками. Программа может храниться в выполнимой форме или в сжатом виде.
Когда далее указано, что блок 510 обработки данных выполняет конкретную функцию, должно быть ясно, что блок 510 обработки данных выполняет конкретную часть программы, хранящейся в памяти 540, или конкретную часть программы, хранящейся в энергонезависимой среде 550 для записи.
Блок 510 обработки данных рассчитан на обмен данными с памятью 550 посредством шины 514 данных. Блок 510 обработки данных также рассчитан на обмен данными с памятью 520 посредством шины 512 данных. Кроме того, блок 510 обработки данных рассчитан на обмен данными с памятью 560 посредством шины 511 данных. Блок 510 обработки данных также рассчитан на обмен данными с портом 590 данных путем использования шины 515 данных.
Предложенный в настоящем изобретении способ может быть осуществлен блоком 510 обработки данных, который выполняет программу, хранящуюся в памяти 540, или программу, хранящуюся в энергонезависимой среде 550 для записи.
Изобретение не следует считать ограниченным описанными выше вариантами осуществления, и предполагается ряд дополнительных вариантов и усовершенствований, входящих в объем следующей далее формулы изобретения.