СПОСОБ И УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЛИ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ ТРОГАНИЯ С МЕСТА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD AND DEVICE OF AUTOMATIC OR SEMIAUTOMATIC GEAR SELECTION FOR BREAKAWAY

Область техники
Изобретение относится к способу автоматического или полуавтоматического выбора оптимальной передачи для трогания с места транспортного средства согласно преамбуле п.1 формулы изобретения.
Изобретение также относится к транспортному средству, имеющему блок управления, способный обеспечивать шаги автоматического или полуавтоматического выбора оптимальной передачи для трогания с места согласно преамбуле п.7 формулы изобретения.
Изобретение также относится к компьютерной программе и компьютерным программным продуктам для осуществления упомянутого способа.
Уровень техники
Транспортные средства для тяжелых условий эксплуатации все чаще оснащают автоматическими коробками передач типа автоматических механических трансмиссий (АМТ), что стало возможным с развитием микрокомпьютерной технологии, позволившей при помощи управляющего компьютера и нескольких элементов управления, например, серводвигателей, точно регулировать число оборотов двигателя, включение и выключение автоматического дискового сцепления двигателя и коробки передач и элементов сцепления коробки передач относительно друг друга и тем самым всегда обеспечивать плавное переключение на передачу с правильной частотой вращения.
Коробка передач типа АМТ обычно имеет входной вал, промежуточный вал по меньшей мере с одним зубчатым колесом, входящим в зацепление с зубчатым колесом на входном валу, и вторичный вал с зубчатыми колесами, которые входят в зацепление с зубчатыми колесами на промежуточном валу. Вторичный вал дополнительно соединен с выходным валом, который посредством, например, карданного вала связан с ведущими колесами. Каждая пара зубчатых колес имеет передаточное отношение, отличающееся от другой пары зубчатых колес коробки передач. Различные пары зубчатых колес передают крутящий момент двигателя ведущим колесам, за счет чего получают различные передаточные отношения.
Развитие компьютерной технологии также оказало воздействие на электронные системы управления и обратной связи автомобильного двигателя, сделав их более точными, повысив их быстродействие и улучшив их совместимость с существующими двигателями и условиями эксплуатации. Весь процесс сгорания топлива может точно регулироваться в соответствии с любой рабочей обстановкой. Регулятор газа (акселератор) автомобиля (например, педаль акселератора или "газа"), который главным образом регулирует подачу топлива в двигатель, управляет двигателем автомобиля посредством системы электропроводов и электронных сигналов. Для этого акселератор оснащен датчиками, которые определяют его положение, иными словами, какое необходимо открытие дроссельной заслонки.
При запуске транспортного средства в АМТ используют автоматическое дисковое сцепление, такое как описано выше, которым обычно управляют с использованием информации о положении акселератора, частоте вращения двигателя, крутящем моменте на выходном валу двигателя, положении дискового сцепления и на основании исходного положения дискового сцепления, которое выбирают, исходя из того, когда дисковое сцепление только начало передачу крутящего момента (положение тяги), при этом такое положение относительно легко определить. Крутящий момент, обычно передаваемый в исходном положении, может составлять порядка 30 Нм. Крутящий момент на выходном валу двигателя рассчитывают в основном на основании количества топлива, впрыскиваемого в двигатель. При осуществлении последовательности запуска и маневрировании транспортное средство обычно запускают из неподвижного или практически неподвижного положения, при этом двигатель начинает последовательность в режиме оборотов холостого хода. Положение дискового сцепления и, следовательно, степень сцепления, которая определяет крутящий момент, передаваемый от двигателя коробке передач, зависит в основном от положения акселератора, выбранного водителем. Исходное положение дискового сцепления используют с целью обеспечения водителя транспортного средства более точным средством управления при трогании транспортного средства с места, поскольку дисковое сцепление занимает исходное положение немедленно после выбора и включения передачи для трогания с места. Транспортное средство готово немедленно тронуться с места. Таким образом, во многих ситуациях водитель ощущает лишь небольшое западание при нажатии на педаль акселератора, если вообще ощущает его. Тем самым водитель получает теоретически прямой отклик, и транспортное средство в принципе начинает движение, как только водитель начинает выжимать педаль акселератора.
При выборе соответствующей передачи для трогания с места в АМТ обычно исходят из расчета с использованием по меньшей мере таких параметров, как уклон дороги и вес автомобиля. Даже с учетом того, что в этот расчет включено множество ситуаций запуска автомобиля, выбор передачи для трогания с места иногда может быть неверным из-за изменения состояния автомобиля, которое невозможно предвидеть в расчете. Одна из таких ситуаций может возникать, когда грузовой автомобиль для перевозок на большие расстояния припаркован на горизонтальном участке дороги, а его прицеп на склоне. С точки зрения выбора передачи для трогания с места эта ситуация может даже еще усугубиться, если при парковании прицеп и грузовой автомобиль являются порожними, после чего прицеп загружают перед троганием с места. В таком расчете, вероятно, не учтено изменение веса прицепа и то, что он припаркован на склоне. В результате, АМТ, скорее всего, выберет слишком высокую передачу для трогания с места, и, вероятнее всего, трогание с места будет безуспешным из-за увеличения веса прицепа и из-за того, что прицеп припаркован на склоне, который противодействует силе тяги. Водителю придется прервать неудачную попытку трогания с места и воспрепятствовать откату автомобиля назад, например, путем приведения в действие рабочего тормоза. После этого придется вручную выбрать приемлемую передачу для трогания с места, поскольку блоку управления неизвестно, что произошло изменение условий.
В WO 0242108 описан один из примеров процедуры выбора передачи для трогания с места, когда осуществляют последовательное понижение передачи, если первая включенная передача для трогания с места не способна обеспечить удовлетворительное ускорение автомобиля.
Однако существует потребность облегчить действия водителя в таких ситуациях трогания с места, которые упомянуты выше. Это является основной задачей настоящего изобретения.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предложены средства решения его задачи согласно способу по п.1 и устройству по п.6 формулы изобретения. Остальные пункты (п.п.2-5) относятся к предпочтительным вариантам осуществления и усовершенствованиям предложенного в изобретении способа.
В настоящем изобретении предложен способ автоматического или полуавтоматического выбора оптимальной передачи для трогания с места транспортного средства (далее - автомобиль). Способ отличается тем, что в указанном далее порядке осуществляют следующие шаги:
выбор и включение первой передачи для трогания с места при нахождении автомобиля в неподвижном положении,
по команде водителя управление тяговым крутящим моментом автомобиля путем постепенного соединения двигательного агрегата с ведущими колесами автомобиля, чтобы попытаться осуществить первое трогание с места автомобиля,
определение, является ли упомянутая первая передача для трогания с места автомобиля слишком высокой при существующих условиях первого трогания с места автомобиля,
если первая передача для трогания с места автомобиля является слишком высокой, прерывание первого трогания с места автомобиля и автоматическое торможение автомобиля,
выключение упомянутой первой передачи для трогания с места автомобиля,
выбор и включение адаптированной второй передачи для трогания с места, которая является более низкой по сравнению с упомянутой первой передачей для трогания с места и имеет более высокое передаточное отношение,
управление тяговым крутящим моментом автомобиля путем постепенного соединения упомянутого двигательного агрегата с упомянутыми ведущими колесами, чтобы попытаться осуществить второе трогание с места автомобиля, и
если в результате второй попытки трогания с места автомобиля на ведущие колеса автомобиля передается крутящий момент, достаточный для трогания с места, прекращение торможения автомобиля.
Преимущество предложенного в изобретении способа состоит в том, что автоматически или полуавтоматически переключается неверно выбранная передача для трогания с места. Одним из дополнительных преимуществ является то, что переключение передачи для трогания с места может осуществляться в положении на подъеме в гору. Таким образом, можно переключать неверно выбранную передачу для трогания с места без риска отката автомобиля в неверном направлении.
Согласно предпочтительному второму варианту осуществления предложенного в изобретении способа, шаг, на котором определяется, что упомянутое первое трогание с места автомобиля невозможно на упомянутой первой передаче для трогания с места, осуществляется путем расчета тепловой энергии, вырабатываемой в сцеплении во время первой попытки трогания с места автомобиля, и прерывания упомянутой первой попытки трогания с места автомобиля, если упомянутая тепловая энергия превышает заданный предел тепловой энергии
Согласно одному из предпочтительных дополнительных вариантов осуществления предложенного в изобретении способа шаг определения того, что упомянутое первое трогание с места автомобиля невозможно на упомянутой первой передаче для трогания с места, может осуществлять водитель. Последующее прерывание первого трогания с места автомобиля может также вручную осуществлять водитель. Тем самым водителю предоставляется большая свобода действий. Водитель может вручную прерывать первое трогание с места автомобиля путем выбора более низкой передачи, например, с помощью рычага переключения передач.
Согласно одному из дополнительных предпочтительных вариантов осуществления предложенного в изобретении способа, если в результате второй попытки трогания с места автомобиля на ведущие колеса автомобиля передается крутящий момент, достаточный по меньшей мере для того, чтобы автомобиль оставался в неподвижном положении, продолжают управление включением сцепления, пока оно не будет полностью включено и автомобиль не тронется с места. Этот момент включения является дополнительным признаком успешного выбора передачи для трогания с места и процесса включения передачи.
Дополнительные предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение более подробно описано со ссылкой на приложенные чертежи, на которых в порядке примера проиллюстрированы дополнительные предпочтительные варианты осуществления изобретения:
на фиг.1 схематически показан один из вариантов осуществления устройства для решения задач изобретения,
на фиг.2 и 3 - две различные блок-схемы, иллюстрирующие различные стадии двух различных вариантов осуществления изобретения,
на фиг.4 - схема компьютерного устройства, применимого согласно одному из вариантов осуществления изобретения.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
На фиг.1 схематически показана цепь 1 привода автомобиля с тормозным устройством 6, которое в проиллюстрированном примере служит для торможения ведущего колеса 5 автомобиля. Упомянутое колесо 5 известным способом приводит в движение двигательный агрегат 2 посредством ступенчатой автоматической трансмиссии 3, 4 и карданного вала 8. Автоматическая трансмиссия может представлять собой сцепление 3 и автоматическую механическую трансмиссию 4 или трансмиссию 3 и 4 с двумя сцеплениями или преобразователь 3 крутящего момента и автоматическую коробку 4 передач. Двигательный агрегат может представлять собой двигатель внутреннего сгорания или комбинированный агрегат, состоящий из двигателя внутреннего сгорания и электрического двигателя/генератора, так называемый гибридный электромобиль. В проиллюстрированном примере в качестве тормозного устройства 6 показан рабочий тормоз, которым известным способом может управлять, например, водитель автомобиля посредством тормозной педали (не показана). В изобретении также предусмотрена возможность использования в автомобиле других тормозных устройств в сочетании с рабочим тормозом или вместо рабочего тормоза, таких как вспомогательные тормоза или электрические тормоза (например, упомянутый двигатель/генератор) для торможения автомобиля.
Управление двигательным агрегатом 2 и его выходным крутящим моментом, автоматической трансмиссией 3, 4 и тормозным устройством 6 может осуществлять блок 7 управления в соответствии различными входными сигналами, такими как частота вращения двигательного агрегата, частота вращения входного/выходного вала трансмиссии, выбранная передача трансмиссии и команда водителя, передаваемая известным способом посредством, например, педали акселератора и тормозной педали. В одном из альтернативных вариантов осуществления блок управления может состоять из двух или более блоков управления, соединенных, например, посредством сети. Между упомянутыми блоками управления могут быть разделены упомянутые функции управления согласно изобретению.
В одном из вариантов осуществления изобретения блок 7 управления запрограммирован выбирать и включать первую передачу для трогания с места автомобиля при нахождении автомобиля в неподвижном положении и трансмиссии, отсоединенной от двигательного агрегата 2. Смотри фиг.2, шаг S2 на блок-схеме, на которой управляющая последовательность начинается на шаге S1. Например, передача для трогания с места может быть автоматически выбрана и включена, если водитель выбрал автоматический режим посредством рычага переключения передач (не показан). Водитель также может выбрать передачу для трогания с места даже вручную, несмотря на то, что само включение передачи осуществляется блоком управления. То, что трансмиссия 3, 4 отсоединена от двигательного агрегата, может означать, например, выключенное сцепление 3 между двигательным агрегатом и ступенчатой трансмиссией (DCT или АМТ со сцеплением) или отсутствие масла в преобразователе крутящего момента, что означает, что преобразователь крутящего момента не будет передавать крутящий момент от двигательного агрегата ступенчатой трансмиссии. Блок 7 управления дополнительно запрограммирован по команде водителя, например, передаваемой посредством педали акселератора, регулировать тяговый крутящий момент автомобиля, создаваемый двигательным агрегатом, и соединение трансмиссии с двигательным агрегатом таким образом, чтобы попытаться осуществить первое трогание с места автомобиля (шаг S3 на фиг.2). Попытка трогания с места как таковая осуществляется обычным способом. Так, по мере постепенного соединения двигательного агрегата с трансмиссией на ведущее колесо передается все больший крутящий момент, развиваемый двигательным агрегатом. Если первая передача для трогания с места является слишком высокой, то есть передаточное отношение является слишком низким, будет происходить чрезмерный износ сцепления, когда трансмиссия представляет собой сцепление пластинчатого типа, такое как в АМТ с автоматическим сцеплением или DCT. Этот износ можно измерить путем расчета тепловой энергии, создаваемой во время пробуксовки сцепления. Это можно сделать путем умножения крутящего момента на разность частот вращения в сцеплении и интегрирования полученного произведения по времени. Если результат расчета теплоты, вырабатываемой во время пробуксовки сцепления при первом трогании с места автомобиля, превышает заданное значение, согласно изобретению, блок управления запрограммирован расценивать это как то, что первая передача для трогания с места является слишком высокой передачей для трогания с места (шаг S4 и случай "Да" на фиг.2). Следовательно, первая передача для трогания с места выбрана неверно для имеющей место ситуации запуска автомобиля. Если передача для трогания с места не является слишком высокой, блок управления запрограммирован завершить попытку трогания с места (шаг S5 и случай "Нет" на фиг.2).
Если передача для трогания с места является слишком высокой, блок 7 управления автоматически прерывает (шаг S6) первое трогание с места автомобиля и осуществляет торможение автомобиля путем приведения в действие тормозного устройства и затем выключения (шаг S7) первой передачи для трогания с места автомобиля. После приведения в действие тормозного устройства автомобиль останавливается и(или) предотвращается его откат в направлении, противоположном выбранному направлению движения, например, при запуске на подъеме по склону. После выключения первой передачи для трогания с места блок управления запрограммирован выбирать и включать вторую передачу для трогания с места автомобиля, которая является более низкой, чем упомянутая первая передача для трогания с места (шаг S8), и, следовательно, имеет более высокое передаточное отношение, чем первая передача для трогания с места. В одном из вариантов осуществления изобретения блок управления может быть запрограммирован непосредственно выбирать наиболее низкую возможную передачу для трогания с места после прерванной первой попытки трогания с места. После включения второй передачи для трогания с места блок управления запрограммирован начинать вторую попытку трогания с места автомобиля (шаг S9) путем регулирования тягового крутящего момента, создаваемого двигательным агрегатом, и включения трансмиссии таким образом, чтобы осуществить второе трогание с места автомобиля. Показанная на фиг.2 последовательность оканчивается при завершении второй попытки трогания с места на наиболее низкой возможной передаче для трогания с места.
Первая попытка трогания с места автомобиля инициирована водителем, который манипулирует, например, педалью акселератора, чтобы запросить у двигательного агрегата определенный выходной крутящий момент. В соответствии с этой командой водителя блок управления заданным способом управляет двигательным агрегатом и сцеплением (или преобразователем крутящего момента). Поскольку водитель имеет возможность продолжать запрашивать одинаковый выходной крутящий момент до второй попытки трогания с места, он может продолжать запрашивать такой одинаковый выходной крутящий момент во время обеих попыток трогания с места. Если в результате второй попытки трогания с места автомобиля на ведущее колесо 5 передается крутящий момент, достаточный для трогания с места, согласно изобретению, блок управления запрограммирован выключить тормозное устройство 6 (смотри также шаг S9). Выключение тормозного устройства может осуществляться постепенно заданным регулируемым способом в соответствии с постепенным увеличением крутящего момента, передаваемого на ведущее колесо. Упомянутое регулируемое выключение тормозного устройства известно как таковое. Во время второй попытки трогания с места также может измеряться износ сцепления путем расчета тепловой энергии и сравнения с заданной величиной. Если расчетная величина тепловой энергии меньше заданной величины, и передаваемый на ведущее колесо 5 крутящий момент достаточен для того, чтобы автомобиль оставался по меньшей мере в неподвижном положении, а тормозное устройство 6 выключено, блок управления запрограммирован продолжать подключение сцепления, пока оно не будет полностью включено, и автомобиль не тронется с места.
В одном из альтернативных вариантов осуществления изобретения, представленном на фиг.3, описанный процесс запуска может повторяться, пока не будет выбрана и использована для трогания с места передача для трогания с места. Так, передача для трогания с места может понижаться на одну ступень за один раз. Проиллюстрированные на фиг.3 шаги S31-S39 соответствуют шагам S1-S9 на фиг.2. Различие между ними состоит в том, что при выполнении последовательности, показанной на фиг.3, на шаге S38 вместо выбора наиболее низкой возможной передачи для трогания с места выбирают следующую более низкую передачу для трогания с места. Как показано на фиг.3, на шаге S310 блок управления запрограммирован определять, является ли вторая передача для трогания с места также слишком высокой. Если это не так, попытка трогания с места продолжается на шаге S311 до ее завершения, если это так, блок управления запрограммирован возвращаться к шагу S36, прерывать попытку трогания с места и подготовиться к еще одной попытке трогания с места на еще более низкой передаче для трогания с места.
В одном из дополнительных вариантов осуществления блок управления может быть запрограммирован оценивать, насколько неудачной была первая попытка трогания с места, и, исходя из этого, выбирать адаптированную более низкую вторую передачу для трогания с места. Например, если первая попытка трогания с места осуществляется на третьей передаче, при второй попытке трогания с места блок управления может выбрать вторую передачу или первую передачу. Решение о выборе одной из упомянутых низших передач может приниматься блоком управления, который запрограммирован снова осуществлять расчет тепловой энергии во время пробуксовки сцепления, а также в качестве дополнительной информации регистрировать частоту вращения входного вала коробки передач трансмиссии. Тем самым блок управления способен оценивать, насколько близкой к успеху была попытка трогания с места. Если частота вращения входного вала была относительно низкой, в качестве новой передачи для трогания с места будет выбрана первая передача (которая в этом случае является и наиболее низкой возможной передачей). Если частота вращения входного вала была относительно высокой, в качестве следующей передачи для трогания с места будет выбрана вторая передача.
Одним из дополнительных параметров, который может учитываться блоком 7 управления во всех упомянутых вариантах осуществления изобретения, может являться частота вращения двигательного агрегата, то есть частота вращения определяет доступный выходной крутящий момент двигательного агрегата, позволяющий передать определенный крутящий момент на приводные колеса и осуществить успешное трогание с места.
В одном из альтернативных вариантов осуществления изобретения, показанном на фиг.2, шаг S3, на котором определяют, что первое трогание с места автомобиля невозможно на первой передаче для трогания с места, может выполняться водителем. Так, если водитель замечает, что выбранная и включенная передача для трогания с места является слишком высокой, водитель может прервать попытку трогания с места, например, путем непосредственного выбора другой передачи для трогания с места с помощью рычага переключения передач. Водитель может выбрать наиболее низкую возможную передачу (соответствует шагу S8) или просто выбрать более низкую передачу, чем первая передача для трогания с места (соответствует шагу S38). Это прерывание и выбор передачи для трогания с места вручную побуждает блок 7 управления автоматически выполнять шаги, соответствующие шагам S6-S10.
В одном из дополнительных вариантов осуществления водитель может переключать выбранную передачу для трогания с места даже до начала попытки трогания с места, то есть до того, как водитель инициирует трогание с места, например, выжимая педаль акселератора. Таким образом, после выбора вручную более низкой второй передачи для трогания с места в таком варианте осуществления блок 7 управления автоматически побуждается выполнять шаги, соответствующие шагам S6-S10.
Упомянутые два варианта осуществления изобретения с использованием полуавтоматического инициирования водителем могут сочетаться друг с другом или с другими описанными выше вариантами осуществления изобретения с использованием полностью автоматического выбора оптимальной передачи для трогания с места.
Разумеется, возможны варианты осуществления изобретения, в которых автомобиль обладает только функциональными возможностями согласно описанным выше вариантам осуществления с использованием полностью автоматического выбора оптимальной передачи для трогания с места.
Во всех упомянутых выше вариантах осуществления блок управления может быть запрограммирован предупреждать водителя в случае невозможности трогания с места на наиболее низкой передаче без риска серьезного износа трансмиссии.
На фиг.4 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 блок 7 управления. Блоком 510 обработки данных может являться, например, микрокомпьютер.
Память 520 также имеет вторую область 540, в которой хранится программа управления двигателем, сцеплением, трансмиссией и тормозным устройством согласно изобретению. В одном из альтернативных вариантов осуществления программа с функциями согласно изобретению хранится в отдельной энергонезависимой запоминающей среде (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.