СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ
DEVICE AND METHOD OF CONTROLLING TRANSPORT FACILITY

Объектами настоящего изобретения являются способ и устройство обеспечения управления двигательным агрегатом транспортного средства, содержащего ручную коробку передач или полуавтоматическую коробку передач с ручным управлением.
Автотранспортное средство приводится в движение двигательным агрегатом, содержащим двигатель, сцепление и коробку переключения передач, позволяющую изменять передаточное отношение между выходным валом двигателя и ведущими колесами в зависимости от скорости транспортного средства и от требуемого крутящего момента двигателя.
Управление коробкой передач может осуществляться вручную водителем или автоматически, при этом решения по изменению передаточного отношения принимаются с учетом различных критериев и, по меньшей мере, скорости транспортного средства и нагрузки двигателя в рассматриваемый момент.
В случае автоматической коробки передач эти критерии выражаются в виде правил изменения передаточных отношений, которые можно представить визуально, как показано на фиг.1, в виде диаграммы, показывающей по оси абсцисс скорость транспортного средства и по оси ординат данные, характеризующие в каждый момент намерение водителя, которое может выражаться в положении педали акселератора или в угле открытия дроссельной заслонки, или же в расходе впрыскиваемого топлива в случае дизельного двигателя.
Как показано на фиг.1, эти правила определяют таким образом, чтобы изменения передаточных отношений происходили при скоростях транспортного средства, повышающихся по мере увеличения нагрузки двигателя. Кроме того, кривые повышения передач, показанные на фиг.1 сплошными линиями, смещены по отношению к кривым понижения передач, поэтому переход от низшей передачи к высшей передаче, например, от третьей к четвертой, происходит при одинаковой нагрузке двигателя, то есть при одинаковом положении педали акселератора, на скорости, по существу превышающей скорость, которая предполагает обратный переход от высшей к низшей передаче, то есть от четвертой к третьей. Это позволяет избежать так называемого явления «помпажа», то есть неустойчивости передаточного отношения вблизи переходных кривых, которое может возникать, если переходы к высшей и к низшей передаче осуществлять точно при одних и тех же условиях по скорости и нагрузке.
На фиг.1 представлен всего лишь относительно простой пример, однако в действительности правила переключения необходимо адаптировать к различным ситуациям вождения и нужно учитывать другие факторы, такие как температура двигателя и трансмиссии, профиль дороги, который может, например, не позволять переходить на повышенную передачу на повороте, и даже просто скорость отпускания или нажатия педали акселератора, которой непосредственно управляет водитель и которая может соответствовать простому рефлексу или неправильному маневру, не оправдывающему изменение передаточного отношения в рассматриваемый момент с учетом ситуации на дороге.
Кроме того, современные транспортные средства содержат другие системы, влияющие на управление мощностью двигателя, такие как системы против пробуксовки или контроля траектории или ограничители скорости, при этом команда на изменение мощности поступает от регулятора.
В случае автоматических или роботизированных коробок передач изменение передаточного соотношения должно зависеть от многих факторов и информации о ситуации при вождении. Следовательно, необходимое передаточное отношение определяет компьютер, содержащий различные вычислительные блоки, которые комбинируют полученные данные таким образом, чтобы подать правильную команду в правильный момент на изменение передаточного отношения, в частности, чтобы обеспечить безопасность вождения при сохранении в любой момент запаса мощности, необходимого для реагирования на непредвиденную ситуацию.
Автоматические трансмиссии уже давно являются объектом многих разработок, и было подано много патентных заявок с целью внесения различных усовершенствований, например, FR-545567, которая предусматривает, в частности, блокировку несвоевременного включения повышенной передачи, заявка FR-A-2863331, объектом которой является предупреждение переключения скоростей, позволяющее, в частности, избежать слишком позднего перехода на низшую передачу, например, когда требуется более быстрое ускорение, или FR-A-2864193, объектом которой является обнаружение ситуации при вождении, такой как подъем, поворот, спуск, и подача команды на основании намерения водителя, выраженного его действием на педаль акселератора, либо на блокировку текущего передаточного отношения, либо на соответствующее изменение передаточного отношения.
Вместе с тем правила переключения передач в настоящее время разрабатываются с целью сведения к минимуму расхода топлива и должны также учитывать требования к выбросу загрязнений в атмосферу.
Таким образом, системы управления автоматическими коробками передач становятся все более сложными, так как они должны учитывать одновременно многие факторы, которые взаимно влияют друг на друга.
Что же касается транспортного средства с механической или полуавтоматической коробкой передач с ручным управлением, то в данном случае сам водитель определяет момент переключения передачи на низшую или высшую в зависимости от скорости транспортного средства, режима работы двигателя и профиля дороги при подъеме, спуске или, например, при приближении к повороту.
Для этого водитель сам визуально оценивает профиль дороги и учитывает скорость транспортного средства по спидометру на приборной панели, а также, в случае необходимости, по тахометру, показывающему число оборотов двигателя.
Вместе с тем для водителя более сложно определить самому передаточное отношение, необходимое для снижения расхода топлива и выбросов в атмосферу выхлопных газов.
Поскольку критерий экономии топлива является первостепенным для грузовых автомобилей, уже несколько лет назад были предложены системы обеспечения вождения, указывающие водителю рекомендуемое передаточное отношение.
Например, в документе FR-A-2431737 описано устройство этого типа, содержащее компьютер, учитывающий моментальные значения режима двигателя, скорости транспортного средства и нагрузки, измеряемые датчиками, с целью визуальной или звуковой индикации информации, связанной с расходом топлива и, в случае необходимости, предписывающей повышение или понижение передаточного отношения коробки передач.
В частности, световое табло, на котором показаны различные кривые расхода топлива, выводит диаграмму момент/режим, чтобы водитель мог проверить в любой момент, находится ли он в оптимальном диапазоне расхода топлива.
Эта индикация поступает от компьютера в зависимости от задаваемого водителем крутящего момента двигателя, который может определяться, например, положением педали акселератора.
Однако осознание экологических императивов и изменения регламентных норм приводят к необходимости распространения таких систем обеспечения движения на все транспортные средства, чтобы предоставить в распоряжение всех водителей средства для снижения расхода топлива.
Для транспортных средств с автоматической коробкой передач это достигается путем введения новых задач в компьютеры управления, однако и для транспортных средств с механическими коробками тоже необходимо разработать систему, показывающую водителю, например, при помощи визуальной или звуковой индикации, передаточное отношение, рекомендуемое для снижения расхода топлива и выбросов в атмосферу.
В документе US 4439158, например, описана система такого типа для транспортного средства с механической коробкой передач и сцеплением, в которой указание на переключение передач вычисляется на основании режима двигателя, передаточного отношения трансмиссии и нагрузки двигателя, а также других факторов, таких как температура двигателя, скорость транспортного средства и перевозимый груз.
В документе FR-A-2863092 описана также система индикации рекомендуемого передаточного отношения, содержащая элемент вычисления значения этого отношения на основании характеристики правил переключения в зависимости от скорости транспортного средства и переменной, характеризующей нагрузку на двигатель и выраженной, например, положением педали акселератора. Определенное таким образом значение рекомендуемого передаточного отношения затем подвергается корректировке блоком коррекции, получающим на входе различные данные, связанные с наклоном дороги, скоростью транспортного средства, моментальным ускорением и ускорением, которое транспортное средство могло бы получить при повышенной передаче, режимом оборотов двигателя, выбранным стилем вождения, положением педали акселератора и скоростью ее нажатия, состоянием активации тормозов и т.д.
Такая система, учитывающая многочисленные данные и комбинирующая их воздействие, является очень сложной и, следовательно, требует наличия габаритных и дорогих вычислительных средств.
Однако для соблюдения все более ужесточающихся требований возникает необходимость в оснащении транспортных средств всех типов такими системами, помогающими вождению. Задачей настоящего изобретения является решение этой проблемы с помощью нового способа обеспечения вождения, который можно осуществлять при помощи простых, недорогих и малогабаритных средств.
Как известно, транспортное средство оборудовано системой управления с компьютером, в который интегрирована характеристика правил переключения передач, на основании которой в зависимости от скорости транспортного средства в каждый момент определяют передаточное отношение, рекомендуемое для оптимального расхода топлива и минимального выброса выхлопных газов.
Согласно изобретению, рекомендуемое передаточное отношение корректируют поэтапно, учитывая, одно за другим, совокупность условий, связанных с безопасностью и удобством вождения, при этом каждый этап является приоритетным по отношению к предыдущему этапу, таким образом, чтобы рекомендованное в конечном счете передаточное отношение явилось оптимальным компромиссом между этими различными условиями, при сохранении первостепенности соблюдения безопасности вождения.
Предпочтительно компьютер содержит множество отдельных вычислительных модулей, которые предназначены для учета каждого соответствующего условия, и на каждом этапе корректировки соответствующий модуль проверяет соответствие значения передаточного отношения, рекомендованного на предыдущем этапе, с учитываемым им условием и в зависимости от результата проверки определяет либо непосредственный переход к следующему этапу с сохранением рекомендованного на предыдущем этапе передаточного отношения, либо изменение этого рекомендованного отношения в сторону повышения или понижения.
В обычном случае, когда информация о намерении водителя выражается степенью нажатия на педаль акселератора, измеряют скорость нажатия этой педали, и слишком медленное нажатие, ниже заданной скорости блокирует любую команду на изменение передачи в сторону понижения, но не препятствует переходу на более высокую передачу в случае увеличения скорости транспортного средства.
Точно так же, команды на изменение передаточного отношения в сторону повышения отменяются в случае быстрого отпускания педали со скоростью, превышающей определенное пороговое значение.
Объектом настоящего изобретения является также устройство для осуществления способа, характеризующееся тем, что компьютер содержит, с одной стороны, элемент определения передаточного отношения, рекомендуемого для оптимального расхода топлива в зависимости от информации о намерении водителя и с учетом скорости транспортного средства, и, с другой стороны, множество отдельных вычислительных модулей, не зависимых друг от друга и связанных, каждый, с определенным условием вождения, при этом указанные модули расположены последовательно таким образом, чтобы в случае необходимости, каждый из них мог внести поправку в значение рекомендуемого передаточного отношения, адаптируемое для рассматриваемого условия, и в порядке, обеспечивающем качество вождения, при этом каждая поправка, внесенная, в случае необходимости, одним модулем, является приоритетной по отношению к поправке, внесенной предыдущим модулем.
В предпочтительном варианте выполнения компьютер содержит блок выбора правила переключения в зависимости от данных, характеризующих в каждый момент профиль дороги и состояние двигательного агрегата, и блок управления правилами, определяющий передаточное отношение, рекомендуемое в зависимости от выбранного правила и от информации о намерении водителя, с учетом, в каждый момент, скорости и, в случае необходимости, воздействия на тормоза.
Предпочтительно независимые модули коррекции, расположенные последовательно и связанные, каждый, с определенным условием вождения, содержат, каждый, вход для сигнала, соответствующего значению передаточного отношения, рекомендованного на предыдущем этапе, вход для одного или более сигналов, характеризующих параметры, учитываемые для активации модуля, в случае необходимости, прямой выход для передачи на следующий этап, без активации модуля, значения передаточного отношения, рекомендованного на предыдущем этапе, и выход для передачи на следующий этап, после активации модуля, передаточного отношения, скорректированного в зависимости от рассматриваемого условия.
Согласно другому предпочтительному признаку, последовательность модулей коррекции содержит последовательно, начиная от определения передаточного отношения для оптимального расхода топлива, по меньшей мере:
- один модуль предупреждения помпажа для сохранения в каждый момент достаточного запаса мощности,
- один модуль консервации для сохранения задействованного передаточного отношения, пока не будут соблюдены условия безопасности, и в случае обнаружения перехода к повороту,
- модуль предотвращения цепного переключения и преждевременного переключения для отмены команды на изменение передаточного отношения, слишком близкой по времени к предыдущей, и для задержки команд, если водитель осуществляет изменение передаточного отношения в нарушение рекомендации.
Предпочтительно за элементом определения рекомендуемого передаточного отношения для оптимального расхода топлива сразу следует модуль блокировки, активируемый при измерении скорости нажатия педали акселератора, который в случае медленного нажатия, ниже заданной скорости сохраняет значение задействованного передаточного отношения, в которое затем вносятся возможные последовательные поправки, необходимые для окончательного определения рекомендуемого передаточного отношения с целью его индикации водителю.
Другие предпочтительные особенности настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания частного варианта выполнения, представленного в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - диаграмма крутящий момент/скорость, иллюстрирующая пример правил переключения передач в сторону повышения и понижения;
фиг.2 - общая схема архитектуры системы в соответствии с настоящим изобретением для индикации рекомендуемого передаточного отношения;
фиг.3 - блок-схема последовательности этапов способа.
Диаграмма крутящий момент/скорость, показанная на фиг.1, представляет собой пример характеристики правил переключения, в зависимости от скорости транспортного средства, показывающей, в какой момент водитель должен перейти на повышенную передачу в случае ускорения или на пониженную передачу, например, в случае подъема или в случае торможения перед входом в поворот.
Например, начиная от точки A1, при которой включена третья передача и которая соответствует скорости V1 транспортного средства, нажатие C1 педали акселератора задает постепенное повышение скорости транспортного средства и при постоянном положении педали - переход на четвертую передачу в точке A2 на скорости V2, затем на пятую передачу в точке A3 на скорости V3.
Если транспортное средство замедляет ход, например, на наклонном участке, без воздействия на педаль акселератора, следует перейти с пятой передачи на четвертую в точке A4 на скорости V4, затем с четвертой передачи на третью в точке A5 на скорости V5.
Точно так же, начиная от точки B, соответствующей скорости V' транспортного средства и положению C' педали акселератора, чтобы удержать эту скорость V', например, на подъеме путем увеличения необходимого крутящего момента, следует нажать на педаль акселератора и перейти с четвертой передачи на третью в точке B'.
На диаграмме сплошные кривые соответствуют переходу с третьей передачи на четвертую и с четвертой передачи на пятую соответственно, а пунктирные кривые соответствуют переходу с пятой передачи на четвертую и с четвертой передачи на третью соответственно.
Общая архитектура системы индикации рекомендуемого передаточного отношения показана на фиг.2.
Система использует определенное число данных, уже присутствующих в блоке управления двигателем и измеренных датчиками, таких как скорость V транспортного средства, частота вращения М двигателя и информация о намерении водителя, выражающая заданное значение мощности и определяемая, например, на основании положения Р педали акселератора, скорость транспортного средства, температура Т охлаждающей жидкости в двигателе.
Компьютер содержит несколько блоков оценки путем вычисления некоторых подфункций.
Так, вычислительный блок 1 определяет состояние трансмиссии на основании соотношения скорость транспортного средства/частота вращения двигателя и выдает на выходе сигналы, которые характеризуют задействованное текущее передаточное отношение и включенное или выключенное состояние сцепления и которые выводятся на различные вычислительные модули.
Блок 3, на который выводятся сигналы, характеризующие скорость V транспортного средства, оценочный крутящий момент С двигателя и состояние активации F тормозов, вычисляет мощность всех противодействующих усилий и производит оценку разности максимального и минимального значений крутящего момента, который необходимо обеспечить в зависимости от наклона дороги, от нагрузки транспортного средства и, в случае необходимости, от ветра.
Для этого блок 3 может использовать уравнения динамики, как описано, например, в документе FR-A-2822972.
Действительно, каждый из отдельных модулей, используемых в соответствии с настоящим изобретением для вычисления параметров, необходимых для последовательных корректировок рекомендуемого передаточного отношения, может использовать вычислительные элементы, разработанные ранее для учета различных условий в автоматической коробке передач.
Например, рекомендуемое передаточное отношение можно адаптировать к ситуации спуска по наклону аналогично стратегии, описанной в документе FR-A-2791751.
Вычислительный блок 4 выбирает соответствующее правило переключения в каждый момент в зависимости от профиля дороги и от условий работы двигателя.
На основании выбранного правила модуль 7 управления правилами определяет в каждый момент соответствующее передаточное отношение в зависимости от скорости транспортного средства, от состояния активации тормозов и от информации о намерении водителя, отражающей, например, положение P педали акселератора. Предпочтительно эта информация может быть выражена в виде сигнала, поступающего из блока 2 форматирования, позволяющего избежать рекомендации нежелательного передаточного отношения, например, в случае быстрого отпускания педали ногой в результате реакции на непредвиденную ситуацию.
Как было указано выше, характеристика правил переключения, интегрированная в модуль 7 управления, в основном предусмотрена для обеспечения оптимального расхода топлива и минимального выброса выхлопных газов.
Таким образом, модуль 7 управления выдает на выходе 71 сигнал, характеризующий это передаточное отношение для оптимального расхода, который затем подвергается корректировке в последовательных модулях коррекции, связанных соответственно с основными условиями, учитываемыми для обеспечения безопасности вождения.
Сначала это передаточное отношение оптимального расхода выводится на вход модуля 8 блокировки, называемого "fast on", который активируется измерением 81 скорости нажатия на педаль акселератора, выраженным сигналом, выдаваемым блоком 2 форматирования информации о намерении, и который в случае слишком медленного нажатия на педаль, ниже заданной скорости сохраняет значение задействованного передаточного отношения, блокируя, следовательно, ненадлежащую команду на понижение передачи.
Как показано на блок-схеме на фиг.3, первый коррекционный модуль 9 предупреждения помпажа получает либо передаточное отношение, рекомендованное модулем 7 управления, если модуль 8 "fast on" не активирован, либо значение задействованного передаточного отношения в случае слишком медленного нажатия на педаль, и проверяет правильность индикации одного или другого из этих передаточных отношений путем оценки разности максимального и минимального значений крутящего момента, выдаваемой блоком 3 оценки, чтобы избежать неустойчивого состояния помпажа, в частности, в ситуации подъема. Для этого можно использовать уравнения, указанные в документе FR-A-2842579, или стратегию изменения передаточного отношения, описанную в документе FR-A-2545567.
В случае риска появления помпажа рекомендованное передаточное отношение корректируется, и соответствующий сигнал выдается на выходе 91 модуля 9, или сигнал, соответствующий передаточному отношению оптимального расхода, передается напрямую, если модуль 9 предупреждения помпажа не активирован, и выводится на вход следующего модуля 10 коррекции, предназначенного для обеспечения безопасности вождения в случае обнаружения входа в поворот.
В случае автоматических коробок передач уже известны стратегии адаптации передаточного отношения для ситуации поворота.
Например, в документе FR-A-2779793 описан способ, в котором на основании измерений поперечного ускорения транспортного средства определяют, находится ли транспортное средство в ситуации поворота, и в этом случае либо сохраняют задействованное передаточное отношение, либо переходят на пониженную передачу в зависимости от обнаружения усилий сопротивления, действующих на транспортное средство.
Точно так же ситуацию поворота может обнаружить вычислительный блок 6, учитывая поперечное ускорение, определенное вычислительным блоком 5 на основании скоростей задних колес, и с учетом других данных, выдаваемых блоком 1, связанным с трансмиссией.
Эти данные поступают на вход модуля 10 коррекции на повороте, который проверяет, чтобы рекомендованное передаточное отношение, соответствующее сигналу, выданному на выходе 91 модуля 9 предупреждения помпажа, было совместимо с обнаруженной ситуацией поворота. Таким образом, любая не обеспечивающая безопасность команда на изменение передаточного отношения блокируется, при этом рекомендованное передаточное отношение фиксируется.
На модуль 10 коррекции выводятся также другие данные, связанные с небезопасным изменением передаточного отношения, например, во время регулирования ABS или ESP, чтобы, в случае необходимости, зафиксировать рекомендацию, сохраняя задействованное на этот момент передаточное отношение.
Модуль 10 может также зафиксировать рекомендацию в случае дефекта или погрешности, обнаруженной по некоторым параметрам, необходимым для различных вычислений.
Передаточное отношение, рекомендованное модулем 9 предупреждения помпажа, или задействованное передаточное отношение в случае фиксации рекомендации выводится на модуль 11, называемый "fast off, который задерживает команды перехода на высшую передачу при слишком быстром отпускании педали акселератора, чтобы передать на следующий модуль 12 сигнал, соответствующий либо рекомендованному и скорректированному передаточному отношению, либо задействованному передаточному отношению.
Этот модуль 12 предупреждения преждевременного переключения проверяет интервал времени между двумя последовательными командами на изменение передаточного отношения, чтобы отменить команду на изменение передаточного отношения, слишком близкую по времени к предыдущей, учет которой к исполнению может представлять опасность.
Определенное таким образом рекомендованное передаточное отношение для оптимального расхода топлива, в случае необходимости, скорректированное затем в зависимости от ситуации вождения, передается на блок 13, который преобразует соответствующий сигнал между командой на повышение или понижение передачи, затем форматирует его в информацию, предназначенную, например, для визуальной индикации на приборной панели.
Таким образом, стратегия, определенная блок-схемой, показанной на фиг.3, позволяет рекомендовать команду на изменение передаточного отношения, которая всегда будет соответствовать профилю дороги и позволяет оптимизировать расход топлива и снизить выбросы выхлопных газов, одновременно обеспечивая безопасность и удобство вождения.
Вместе с тем, изобретение не ограничивается описанным выше вариантом выполнения, представленным только в качестве примера, и может обеспечивать другие функции.
Действительно, модульная архитектура этого устройства обеспечения вождения позволяет легко отменить поправку или добавить новую.
В целом использование модулей коррекции, расположенных последовательно и выдающих, каждый, поправку, приоритетную по отношению к предыдущей, после проверки ее правильности, позволяет упростить средства программного обеспечения компьютера, который может быть более компактным.