СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ АГРЕГАТОМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК F02D11/10 F02D41/10 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству управления силовым агрегатом транспортного средства.

Подобные способ и устройство управления силовым агрегатом транспортного средства с использованием регулятора для воздействия на развиваемую этим силовым агрегатом мощность известны, например, из заявки DE 19534633. Известный способ предусматривает возможность задания определяющего мощность сигнала на основании положения органа управления, при этом управление вышеупомянутым регулятором осуществляется по полученному в результате фильтрации определяющему мощность сигналу. Соответственно, известное устройство управления силовым агрегатом транспортного средства имеет регулятор для воздействия на развиваемую этим силовым агрегатом мощность, с возможностью задания определяющего мощность сигнала на основании положения органа управления, при этом управление регулятором осуществляется по полученному в результате фильтрации определяющему мощность сигналу.

В описанных в этой публикации способе и устройстве предусмотрена задержка изменения крутящего момента двигателя путем фильтрации задаваемого водителем управляющего воздействия в фильтре нижних частот. Помимо этого с целью обеспечить плавное изменение нагрузки двигателя согласно указанной публикации предлагается использовать импульсную характеристику изменения количества впрыскиваемого топлива, причем после этого для ускорения транспортного средства сигнал на впрыскивание топлива выдается без задержки.

Однако применение фильтра нижних частот отрицательно сказывается на динамических свойствах транспортного средства. Кроме того, в трансмиссиях современных конструкций наблюдается взаимосвязь между перемещением двигателя и трансмиссией, что может привести к дополнительному усилению толчков нагрузки.

Для решения этих проблем предлагается при осуществлении известного способа подвергать определяющий мощность сигнал фильтрации с помощью фильтра, имеющего по меньшей мере один фильтр верхних частот и один фильтр нижних частот, которые включены параллельно.

В частном случае осуществления предлагаемого в изобретении способа параллельно первому фильтру верхних частот может быть включен второй фильтр верхних частот. В этом случае целесообразно, чтобы сигналы первого фильтра верхних частот, второго фильтра верхних частот и/или фильтра нижних частот были взаимно смещены по фазе.

В другом варианте предлагаемого в изобретении способа предлагается осуществлять фильтрацию таким образом, чтобы при изменении сигнала в получаемом в результате фильтрации сигнале имелся по меньшей мере один соответствующий импульс.

Соответственно, в одном варианте предлагаемого в изобретении устройства управления силовым агрегатом транспортного средства фильтр имеет по меньшей мере один фильтр верхних частот и один фильтр нижних частот, которые включены параллельно. В другом варианте фильтр выполнен таким образом, чтобы при изменении сигнала в получаемом в результате фильтрации сигнале имелся по меньшей мере один соответствующий импульс.

Благодаря предусмотренному согласно изобретению использованию фильтра, имеющего по меньшей мере один фильтр верхних частот и один фильтр нижних частот, которые включены параллельно, создается возможность исключительно быстро переходить с одного рабочего режима на другой, а именно с режима, в котором при отпущенной педали акселератора на двигатель со стороны трансмиссии действует крутящий момент (толкающий режим), на режим, в котором крутящий момент передается от двигателя на трансмиссию (тяговый режим), и наоборот. Быстрая смена подобных режимов позволяет обеспечить быструю реакцию транспортного средства на задаваемое водителем управляющее воздействие. При этом гашение толчков, возникающих при резком переходе силового агрегата на новый режим работы, позволяет значительно снизить уровень шума, сопровождающего процесс изменения нагрузки, ослабить толчки нагрузки, обусловленные ее изменением, при незначительном изменении задаваемого водителем управляющего воздействия, а также снизить склонность трансмиссии к "дерганию", т.е. к возникновению рывков при движении транспортного средства.

Благодаря параллельной обработке сигналов в параллельно включенных фильтрах верхних и нижних частот, а также благодаря надлежащему согласованию во времени фаз этих сигналов применительно к конкретному сочетанию двигателя и трансмиссии создается возможность рассчитывать динамические свойства транспортного средства практически независимо от гашения толчков нагрузки.

При медленном изменении задаваемого водителем управляющего воздействия обеспечивается комфортный переход с одного рабочего режима на другой даже без ускорения и замедления движущихся масс. При наличии подобных управляющих воздействий гаситель толчков нагрузки не активизируется.

Благодаря использованию особой комбинации фильтров разгон всех движущихся масс трансмиссии происходит по меньшей мере по одному импульсу на изменение крутящего момента, а перед переходом в новый режим работы эти движущиеся массы вновь замедляют, при этом фаза указанного импульса относительно момента, в который изменяется управляющее воздействие, задающее количество впрыскиваемого топлива, а также взаимное положение по фазе таких импульсов является переменной, соответственно изменяемой величиной.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - общая схема устройства для осуществления предлагаемого в изобретении способа,

на фиг.2 - более подробная схема предлагаемого в изобретении устройства и

на фиг.3 - временная диаграмма, на которой представлены характеристики различных сигналов.

На фиг.1 показана общая схема устройства управления силовым агрегатом транспортного средства, в котором (устройстве) может использоваться предлагаемый в изобретении способ. В данном случае предлагаемый в изобретении способ поясняется на примере дизельного двигателя. Однако предлагаемый согласно изобретению подход может использоваться и для других типов двигателей внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего ДВС с принудительным зажиганием.

На чертеже позицией 100 обозначен ДВС, который, в частности, соединен с регулятором 110. Этот регулятор 110 обрабатывает сигналы, поступающие от различных датчиков 115, а также сигнал QKF, выдаваемый фильтром 120. В качестве входного сигнала в фильтр 120 поступает сигнал QK. Фильтр 120 также обрабатывает выходные сигналы различных датчиков 125. Сигнал QK выдается задатчиком 130 расхода топлива. На вход этого задатчика 130 расхода топлива поступают сигналы от датчика 140 положения педали акселератора, а также от других различных датчиков 135.

Датчик 140 положения педали акселератора на основании фактического положения педали акселератора формирует сигнал FP, пропорциональный положению педали акселератора. Такой датчик положения педали акселератора может быть выполнен, например, в виде потенциометра с изменением сопротивления вращательным перемещением ползуна. В этом случае в качестве указанного сигнала используется величина сопротивления потенциометра и/или величина падения на нем напряжения.

На основании выходного сигнала датчика 140 положения педали акселератора, а также выходных сигналов различных датчиков 135 задатчик 130 расхода топлива формирует сигнал QK, уровень которого пропорционален мощности, которую должен развивать, соответственно отдавать ДВС. Характеризующий требуемый расход топлива сигнал QK заданной величины формируется, например, в зависимости от сигналов, выдаваемых датчиками 135, которые регистрируют различные температурные показатели, показатели давления и иные параметры, отражающие текущий режим работы ДВС.

В случае дизельного двигателя речь при этом идет преимущественно о количестве, соответственно расходе впрыскиваемого топлива. В случае ДВС с принудительным зажиганием речь идет преимущественно о сигнале, несущем информацию о положении дроссельной заслонки или моменте зажигания.

Во избежание появления толчков нагрузки количество впрыскиваемого в дизельный двигатель топлива нельзя увеличивать скачкообразно. При этом сигнал, характеризующий количество впрыскиваемого топлива, достаточно подвергать фильтрации лишь в том диапазоне изменения расхода топлива, в котором повышение количества впрыскиваемого топлива может привести к перемещению двигателя относительно кузова. Такая фильтрация задающего количество впрыскиваемого топлива сигнала осуществляется в фильтре 120, при этом фильтрация происходит в зависимости от различных величин, характеризующих режим работы двигателя и/или состояние приводимого им в движение транспортного средства. Подобную фильтрацию предпочтительно осуществлять в зависимости от частоты вращения вала двигателя, определяемой датчиком 125 частоты вращения. Временная характеристика передачи фильтра 120 показана на фиг.2. Полученный в результате фильтрации пропорциональный расходу топлива сигнал QKF поступает в регулятор 110.

Указанный регулятор 110 может представлять собой, например, дозатор топлива, задающий количество впрыскиваемого топлива. При этом речь может идти, например, об электромагнитном клапане. Регулятор 110 в зависимости от полученного в результате фильтрации пропорционального расходу топлива сигнала QKF, а также в зависимости от выходных сигналов других датчиков 115 обеспечивает дозированную подачу соответствующего количества топлива в двигатель 100.

Область применения предлагаемого в изобретении способа не ограничена только дизельными двигателями. Этот способ может использоваться и для ДВС других типов. Кроме того, область применения предлагаемого способа не ограничена только системами впрыскивания топлива, и он может использоваться также в отношении иных влияющих на отдаваемую двигателем мощность величин, таких, например, как положение дроссельной заслонки или угол опережения зажигания.

Фильтр 120 более подробно изображен на фиг.2. При этом элементы, уже упоминавшиеся при описании фиг.1, обозначены теми же позициями. Пропорциональный задаваемому расходу топлива сигнал QK поступает на вход первого 200, второго 220 и третьего 250 звеньев задержки. Выходной сигнал первого звена 200 задержки поступает в фильтр 210 нижних частот. Выходной сигнал QKF0 этого фильтра 210 нижних частот поступает в первый логический элемент 215.

Выходной сигнал второго звена 220 задержки через первый входной ограничитель 230 поступает на вход первого фильтра 240 верхних частот. Выходной сигнал QKF1 этого первого фильтра 210 верхних частот поступает далее в первый логический элемент 215.

Выходной сигнал третьего звена 250 задержки через второй входной ограничитель 260 поступает во второй фильтр 270 верхних частот. Выходной сигнал этого второго фильтра 270 верхних частот поступает во второй логический элемент 280, на второй вход которого поступает выходной сигнал первого логического элемента 215. Выходной сигнал логического элемента 280 через выходной ограничитель 290 поступает в регулятор 110 в виде полученного в результате фильтрации сигнала QKF, пропорционального задаваемому расходу топлива.

В качестве фильтра 210 нижних частот предпочтительно использовать пропорционально-дифференцирующее звено с запаздыванием 1-го порядка. Однако согласно изобретению можно использовать и иные фильтры с характеристикой фильтра нижних частот. В качестве первого и второго фильтров верхних частот предпочтительно использовать фильтры с характеристикой дифференцирующего звена с запаздыванием 1-го порядка. Однако можно использовать и иные фильтры с характеристикой фильтра верхних частот.

В упрощенном варианте третье звено 250 задержки, второй входной ограничитель 260 и/или второй фильтр 270 верхних частот могут отсутствовать. Последовательность включения звеньев 200, 220 и 250 задержки показана на чертеже только в качестве одного из возможных примеров. Так, в частности, эти звенья задержки могут быть расположены также после входного ограничителя или после фильтра нижних частот, соответственно после фильтров верхних частот. Вместо звеньев задержки можно использовать специальные фильтры нижних, соответственно верхних частот, имеющие звенья более высокого порядка. Кроме того, в зависимости от конкретного варианта можно не использовать входные ограничители 230, 260, соответственно выходной ограничитель 290.

Фильтр 210 нижних частот определяет статическую характеристику передачи фильтра. Равным образом это передающее звено в значительной степени определяет реакцию на задаваемое водителем управляющее воздействие.

При каждом изменении входной величины QK требуется импульс на изменение расхода топлива, обеспечивающий ускорение или торможение масс. Такой импульс на изменение расхода топлива выдается фильтрами 240 и 270 верхних частот. Звенья 220 и 250 задержки обеспечивают взаимное смещение фаз выходных сигналов фильтров 210, 240 и/или 270 во времени. В результате обеспечивается определенный порядок следования импульсов во времени, а тем самым и требуемая характеристика выходного сигнала. Соответствующий подбор и/или задание рабочих параметров звеньев задержки позволяет задавать фазу этого импульса относительно момента изменения управляющего воздействия, задающего количество впрыскиваемого топлива, а также задавать фазу таких импульсов друг относительно друга. Наиболее предпочтительно предусмотреть возможность гибко задавать рабочие параметры звеньев задержки, а тем самым и фазовый сдвиг в зависимости от режима работы двигателя и/или состояния транспортного средства. При этом приемлемыми параметрами, характеризующими текущий режим работы двигателя, соответственно состояние транспортного средства, являются частота вращения вала двигателя, нагрузка двигателя, скорость движения транспортного средства и/или иные величины.

Значительный коэффициент усиления фильтров 240 и 270 верхних частот позволяет гасить толчки нагрузки уже при незначительных изменениях сигнала QK, пропорционального задаваемому расходу топлива. При этом входные ограничители 230 и 260 исключают появление слишком высокого задающего воздействия при больших изменениях сигнала QK.

В соответствии с изобретением предусмотрена возможность задавать рабочие параметры этих входных ограничителей 230 и 260 в зависимости от сигнала QK, пропорционального задаваемому расходу топлива. В диапазоне средних и высоких нагрузок обычно обеспечивается достаточно надежное взаимодействие с трансмиссией. Как правило, изменения пропорционального задаваемому расходу топлива сигнала QK в этом диапазоне не приводят к переходу между такими режимами, как толкающий режим и тяговый режим. Тем самым и в этом случае невозможно возникновение толчков нагрузки. При этом входные ограничители 230 и 260 выполнены таким образом, что они отключают функцию гашения толчков нагрузки в подобных рабочих режимах.

Выходной ограничитель 290 не допускает превышения максимально допустимого количества впрыскиваемого топлива. Соответствующий подбор звеньев задержки, входных ограничителей, а также характеристик передачи фильтров верхних частот, фильтра нижних частот и выходного ограничителя позволяет оптимально согласовать характеристику фильтра с любым транспортным средством.

На фиг.3 показан пример временной диаграммы, на которой представлены временные характеристики различных сигналов. В момент Т1 управляющее воздействие, задающее расход топлива, изменяется в сторону увеличения этого количества. В момент Т3 это управляющее воздействие, задающее расход топлива, возвращается к исходному уровню. Подобное изменение управляющего воздействия отражено на фиг.3а. На фиг.3б показана характеристика выходного сигнала фильтра 210 нижних частот. Начиная с момента Т1 сигнал QKF0 постепенно изменяется, предпочтительно по экспоненте, в сторону нового конечного значения или уровня. В момент Т3 сигнал QKF0 возвращается к своему исходному уровню не моментально, а только по истечении определенного времени задержки, постепенно снижаясь начиная с момента Т4. Эта задержка между моментами Т3 и Т4 обеспечивается первым звеном 200 задержки.

На фиг.3в показана характеристика выходного сигнала QKF1 первого фильтра верхних частот. Этот фильтр предпочтительно выдает в момент Т1 положительный импульс, а в момент Т3 - отрицательный импульс. Иными словами, этот первый фильтр верхних частот при увеличении расхода топлива выдает положительный импульс на изменение расхода топлива, а при уменьшении количества топлива выдает отрицательный импульс на изменение расхода топлива.

Ни фиг.3г показана характеристика выходного сигнала QKF2 второго фильтра 270 верхних частот. Этот второй фильтр верхних частот при увеличении расхода топлива выдает отрицательный импульс, а при уменьшении количества топлива выдает положительный импульс на изменение расхода топлива. Помимо этого звено 250 задержки обеспечивает задержку каждого из этих импульсов на изменение расхода топлива на некоторый временной интервал. Иными словами, отрицательный импульс появляется не в момент Т1, а в момент Т2, а положительный импульс выдается не в момент Т3, а в момент Т4.

В рассмотренном выше варианте первый фильтр верхних частот при увеличении, соответственно уменьшении расхода топлива выдает положительный, соответственно отрицательный импульс на изменение расхода топлива. При этом второй фильтр верхних частот с некоторой временной задержкой выдает импульс на изменение расхода топлива, который является инверсным по отношению к импульсу, выдаваемому первым фильтром верхних частот. Параллельно включенный фильтр нижних частот непосредственно передает далее соответствующий пропорциональный задаваемому расходу топлива сигнал, имеющий заданную характеристику. На фиг.3д показана характеристика выходного сигнала QKF фильтра 120, получаемого суммированием трех описанных выше полученных в результате фильтрации сигналов.

При изменении пропорционального задаваемому расходу топлива сигнала предпочтительно формируются два соответствующих импульса на изменение расхода топлива. Иными словами, при необходимости увеличить расход топлива сначала выдается положительный, а затем отрицательный импульс на изменение расхода топлива, тогда как при необходимости уменьшить расход топлива сначала выдается отрицательный, а затем положительный импульс на изменение расхода топлива. Тем самым удается избежать толчка нагрузки.

Предлагаемый в изобретении способ не ограничен рассмотренным выше вариантом, в котором предусмотрено использование фильтра верхних частот и фильтра нижних частот. Для реализации предлагаемого способа можно использовать и иные фильтры. Так, в частности, можно применять соответствующие цифровые фильтры, имеющие соответствующую характеристику. При этом существенным моментом является то, что фильтрацию осуществляют таким образом, чтобы при изменении сигнала в получаемом в результате фильтрации сигнале имелся по меньшей мере один соответствующий импульс. При этом при увеличении соответствующей величины выдается положительный, а при уменьшении этой величины выдается отрицательный импульс.

Выше предлагаемый в изобретении способ рассмотрен на примере регулирования расхода топлива. Однако предлагаемый в изобретении подход может соответственно использоваться и для формирования пропорциональных крутящему моменту сигналов или же иных пропорциональных расходу топлива величин.

Соответствующей фильтрации предпочтительно подвергать пропорциональный задаваемому расходу топлива сигнал, подаваемый в регулятор. Однако соответствующей фильтрации можно подвергать также выходной сигнал датчика 140 либо какую-либо иную величину, пропорциональную задаваемому водителем управляющему воздействию.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам и устройствам управления силовым агрегатом транспортного средства. Изобретение позволяет снизить уровень шума, сопровождающего процесс изменения нагрузки, ослабить толчки нагрузки, а также снизить склонность трансмиссии к дерганию, т.е. к возникновению рывков при движении транспортного средства. В способе управления силовым агрегатом транспортного средства с использованием регулятора для воздействия на развиваемую этим силовым агрегатом мощность по первому варианту предусмотрена возможность задания определяющего мощность сигнала на основании положения органа управления. Управление регулятором осуществляется по полученному в результате фильтрации определяющему мощность сигналу. Сигнал подвергают фильтрации с помощью фильтра, имеющего по меньшей мере один фильтр верхних частот и один фильтр нижних частот, которые включены параллельно. По второму варианту в способе управления силовым агрегатом транспортного средства с использованием регулятора для воздействия на развиваемую этим силовым агрегатом мощность фильтрацию осуществляют таким образом, чтобы при изменении сигнала в получаемом в результате фильтрации сигнале имелся по меньшей мере один соответствующий импульс. По первому варианту устройство управления силовым агрегатом транспортного средства имеет регулятор для воздействия на развиваемую этим силовым агрегатом мощность. Предусмотрена возможность задания определяющего мощность сигнала на основании положения органа управления. Управление регулятором осуществляется по полученному в результате фильтрации определяющему мощность сигналу. Фильтр имеет по меньшей мере один фильтр верхних частот и один фильтр нижних частот, которые включены параллельно. По второму варианту в устройстве управления силовым агрегатом транспортного средства фильтр выполнен таким образом, чтобы при изменении сигнала в получаемом в результате фильтрации сигнале имелся по меньшей мере один соответствующий импульс. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ управления силовым агрегатом транспортного средства с использованием регулятора для воздействия на развиваемую этим силовым агрегатом мощность, при этом предусмотрена возможность задания определяющего мощность сигнала на основании положения органа управления, а управление регулятором осуществляется по полученному в результате фильтрации определяющему мощность сигналу, отличающийся тем, что сигнал подвергают фильтрации с помощью фильтра, имеющего по меньшей мере один фильтр верхних частот и один фильтр нижних частот, которые включены параллельно.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что параллельно первому фильтру верхних частот включен второй фильтр верхних частот.3. Способ по 2, отличающийся тем, что сигналы первого фильтра верхних частот, второго фильтра верхних частот и/или фильтра нижних частот взаимно смещены по фазе.4. Способ управления силовым агрегатом транспортного средства с использованием регулятора для воздействия на развиваемую этим силовым агрегатом мощность, при этом предусмотрена возможность задания определяющего мощность сигнала на основании положения органа управления, а управление регулятором осуществляется по полученному в результате фильтрации определяющему мощность сигналу, отличающийся тем, что фильтрацию осуществляют таким образом, чтобы при изменении сигнала в получаемом в результате фильтрации сигнале имелся по меньшей мере один соответствующий импульс.5. Устройство управления силовым агрегатом транспортного средства, имеющее регулятор для воздействия на развиваемую этим силовым агрегатом мощность, при этом предусмотрена возможность задания определяющего мощность сигнала на основании положения органа управления, а управление регулятором осуществляется по полученному в результате фильтрации определяющему мощность сигналу, отличающееся тем, что фильтр имеет по меньшей мере один фильтр верхних частот и один фильтр нижних частот, которые включены параллельно.6. Устройство управления силовым агрегатом транспортного средства, имеющее регулятор для воздействия на развиваемую этим силовым агрегатом мощность, при этом предусмотрена возможность задания определяющего мощность сигнала на основании положения органа управления, а управление регулятором осуществляется по полученному в результате фильтрации определяющему мощность сигналу, отличающееся тем, что фильтр выполнен таким образом, чтобы при изменении сигнала в получаемом в результате фильтрации сигнале имелся по меньшей мере один соответствующий импульс.