СПОСОБ И СИСТЕМА РАЗМЫКАНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F16D48/06 

Область техники

Настоящее изобретение относится к транспортному средству с автоматически управляемым сцеплением и, в частности, к способу размыкания сцепления согласно п.1 формулы изобретения. Изобретение относится также к системе согласно п.9 и транспортному средству согласно п.10 формулы изобретения.

Уровень техники

Для транспортных средств в целом доступно множество разных конфигураций силовой передачи. Например, коробка передач может принимать форму коробки передач, управляемой вручную, или автоматически управляемой коробки передач. Часто желательно, чтобы тяжелые транспортные средства обладали возможностью управления настолько комфортного для водителя, насколько это возможно. Это значит, например, что переключения передач должны осуществляться автоматически управляющей системой, обычно встроенной в транспортное средство. Следовательно, автоматически управляемые коробки передач стали все более обычными в тяжелых транспортных средствах.

Тем не менее, это автоматическое переключение передач обычно выполняется не автоматической коробкой передач в традиционном смысле, а «ручной» коробкой передач, управляемой управляющей системой, частично из-за того, что ручные коробки передач являются существенно менее дорогими в изготовлении, но также и потому, что они более эффективны. По отношению к автоматическим коробкам передач такого типа, который обычно используется в пассажирских транспортных средствах, уровень эффективности часто слишком низок по сравнению с коробкой передач, управляемой вручную, чтобы оправдывать их использование в чем-либо кроме городских автобусов и транспортных средствах местной доставки в городских областях, где обычными являются частые начала движения и остановки.

Следовательно, тяжелые транспортные средства, в основном использующиеся на больших дорогах/автомагистралях, обычно имеют автоматически управляемые «ручные» коробки передач.

Это переключение передач может быть осуществлено несколькими разными способами. В одном типе водитель использует педаль сцепления, чтобы привести транспортное средство в движение из неподвижного состояния, но все другие переключения передач могут быть осуществлены управляющей системой транспортного средства вовсе без привлечения сцепления. Вместо этого переключения передач осуществляются «без вращающего момента», то есть вращающий момент, обеспечиваемый двигателем, настраивается на подходящий уровень, чтобы уменьшить вращающий момент, передаваемый в точках включения соответствующих передач.

Другой способ заключается в использовании вместо этого автоматически управляемого сцепления с автоматическими переключениями вверх/вниз, и в этом случае водитель имеет доступ только к педали акселератора и тормозной педали.

На этом типе транспортного средства с автоматическим сцеплением, как и в случае сцепления, управляемого вручную, сцепление должно быть разомкнуто, когда водитель нажимает на тормозную педаль, и скорость движения транспортного средства замедляется до уровня, при котором частота вращения двигателя приближается к холостой частоте вращения. Резкое торможение привлекает некоторые требования к этому размыканию сцепления. Если сцепление размыкается слишком быстро, существует риск вызывания нежелательных вибраций в силовой передаче, тогда как если сцепление размыкается слишком медленно, существует риск того, что частота вращения двигателя упадет до такого низкого уровня, что двигатель рискует заглохнуть.

Следовательно, существует потребность в улучшенном способе размыкания сцепления транспортных средств с автоматически управляемым сцеплением.

Краткое описание изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание способа размыкания сцепления, который решает упомянутую выше проблему. Эта задача решается способом по п.1 формулы изобретения.

Настоящее изобретение относится к способу размыкания автоматически управляемого сцепления транспортного средства, которое содержит двигатель внутреннего сгорания для генерирования движущей силы, предназначенной для передачи, по меньшей мере, к одному ведущему колесу через упомянутое сцепление и коробку передач. Способ содержит этапы:

- размыкания упомянутого сцепления с первой скоростью в, по меньшей мере, первое положение, по существу, соответствующее положению, в котором оно может самое большее передавать максимальный вращающий момент, который двигатель внутреннего сгорания может обеспечить на холостой частоте вращения, и

- из упомянутого первого положения, размыкания сцепления со второй скоростью, которая меньше, чем исходная скорость.

Преимуществом этого является то, что сцепление, не вызывая нежелательных вибраций силовой передачи, может быть быстро разомкнуто в положение, в котором отсутствует риск глушения двигателя, что значит, что оно в принципе может быть разомкнуто с любой желаемой медленной скоростью. В одном варианте осуществления сцепление размыкается в положение, в котором оно может самое большее передавать максимальный вращающий момент, который упомянутый двигатель внутреннего сгорания может обеспечить на холостой частоте вращения, преимуществом чего является то, что сцепление всегда может быть разомкнуто в это положение без риска глушения двигателя. В качестве альтернативы, сцепление может быть разомкнуто чуть больше с упомянутой исходной скоростью, и в этом случае оно будет разомкнуто в положение, в котором оно разомкнуто с упомянутой исходной скоростью в положение, которое, по существу, соответствует положению, в котором оно может передавать самое большее вращающий момент, который оно передает, когда начинается его размыкание, что значит, что оно также может быть разомкнуто еще больше с упомянутой исходной скоростью в положение, в котором все еще может быть передан меньший вращающий момент без вызывания нежелательных вибраций силовой передачи.

Вторая скорость (будет понятно, что исходная и вторая скорости не должны быть обязательно постоянными и могут включать в себя изменения, так что скорость в этом контексте следует понимать как означающую среднюю скорость, если происходит изменение), например может представлять максимум три четверти исходной скорости.

Дополнительные особенности настоящего изобретения и его преимущества обозначены в подробном описании примеров вариантов осуществления, приведенном ниже, и на прилагаемых чертежах.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - силовая передача в транспортном средстве, с которой настоящее изобретение может быть преимущественно использовано.

Фиг.2 - иллюстрация функции сцепления согласно уровня техники.

Фиг.3 - пример способа согласно настоящему изобретению; и

фиг.4 - пример размыкания сцепления согласно настоящему изобретению.

Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения

На фиг.1 изображен пример силовой передачи транспортного средства 100 согласно примеру варианта осуществления настоящего изобретения. Транспортное средство, схематично изображенное на фиг.1, содержит только одну ось с ведущими колесами 113, 114, но изобретение также применимо к транспортным средствам, которые имеют более одной оси, предусмотренной с ведущими колесами. Силовая передача содержит двигатель 101 внутреннего сгорания, присоединенный обычным образом через выходной вал двигателя 101 внутреннего сгорания, обычно через маховик 102, к коробке 103 передач через сцепление 106.

Сцепление 106 принимает форму автоматически управляемого сцепления дискового типа, посредством которого фрикционный элемент (диск) 110, присоединенный к первому компоненту коробки передач, например к входному валу 109 коробки 103 передач, выборочно зацепляется с маховиком 102 двигателя, чтобы передавать ведущую силу от двигателя 101 внутреннего сгорания к ведущим колесам 113, 114 через коробку 103 передач. Зацепление диска 110 сцепления с выходным валом двигателя управляется посредством нажимной пластины 111, которая выполнена с возможностью перемещения боком посредством, например, рычага 112, функция которого управляется приводом 115 сцепления. Влияние привода 115 сцепления на рычаг 112 управляется управляющей системой транспортного средства.

Управляющие системы транспортного средства в современных транспортных средствах обычно содержат систему коммуникационной шины, содержащую одну или более коммуникационных шин для соединения вместе некоторого количества электронных управляющих блоков (ЭУБ), или регуляторов, и различных компонентов, расположенных на транспортном средстве. Управляющая система такого типа может содержать большое количество управляющих блоков, и ответственность за конкретную функцию может быть разделена двумя или более управляющими блоками. Для простоты на фиг.1 изображен только один такой управляющий блок 116, который управляет сцеплением (приводом 115 сцепления). На практике управление приводом 115 сцепления посредством управляющего блока 116, возможно, будет зависеть, например, от информации, получаемой от, например, управляющего блока, который ответственен за функцию коробки 103 передач, и от управляющего блока/блоков, которые управляют функциями двигателя.

Транспортное средство дополнительно содержит ведущие валы 104, 105, которые присоединены к ведущим колесам 113, 114 транспортного средства и приводятся выходным валом 107 от коробки 103 передач через вал-шестерню 108, например обычный дифференциал.

Как упомянуто выше, в транспортных средствах с управляющей системой, которая управляет автоматическим сцеплением, управляющая система транспортного средства должна размыкать сцепление, когда водитель нажимает на тормозную педаль, и частота вращения двигателя упала до или приближается к его холостой частоте вращения, чтобы позволить транспортному средству остановиться без глушения двигателя. В некоторых случаях управляющая система может управлять этим размыканием сцепления более свободно, но в других случаях сцепление должно быть разомкнуто быстро, например когда происходит резкое торможение.

Как упомянуто выше, тем не менее, существует риск вызывания нежелательных вибраций в силовой передаче, если вращающий момент удаляется с нее слишком быстро, когда сцепление разомкнуто, то есть если сцепление разомкнуто слишком быстро. Наоборот, если размыкание сцепления занимает слишком много времени, существует риск того, что тормозной момент, который действует на регулятор холостых оборотов двигателя, может стать настолько высоким, что двигатель в итоге не сможет избежать остановки.

Следовательно, требуется осуществление быстрого размыкания сцепления, но таким образом, чтобы в это же время избежать удаления вращающего момента с силовой передачи таким быстрым и неуправляемым образом, чтобы происходили нежелательные вибрации.

Если двигатель вызывает тормозной момент в силовой передаче, топливо может быть впрыснуто в двигатель, чтобы достичь освобождения силовой передачи от вращающего момента, после чего сцепление может быть разомкнуто так быстро, как это возможно, без риска нежелательных вибраций силовой передачи. Тем не менее, это дополнительное впрыскивание топлива означает, что этот способ приводит к увеличению нежелательного гудения двигателя, которое водитель может найти раздражающим, когда он/она нажимает на тормозную педаль.

Если, например, регулятор холостых оборотов вызывает вращающий момент в силовой передаче во время торможения транспортного средства, двигатель невозможно использовать для освобождения силовой передачи от вращающего момента без полной остановки двигателя.

Настоящее изобретение предоставляет способ, благодаря которому сцепление может быть разомкнуто не только быстро, чтобы предотвратить глушение двигателя, но также и управляемым образом, который не вызывает нежелательных вибраций силовой передачи.

На фиг.2 изображен пример характеристики сцепления типа, изображенного на фиг.1. Ось y представляет вращающий момент, который сцепление может передавать между двигателем и силовой передачей, ось х представляет положение сцепления (или привода сцепления), и начало координат представляет разомкнутое сцепление, то есть с диском сцепления (и, следовательно, рычагом/приводом сцепления) в его крайнем положении, тогда как «замкнуто» представляет положение на фиг.1, в котором диск сцепления находится в положении настолько далеко влево, насколько это возможно, и сцепление (рычаг/привод сцепления), следовательно, находится в его другом крайнем положении.

Диск сцепления обычно будет находиться в разомкнутом положении, на расстоянии от маховика двигателя, так что замыкание сцепления будет перемещать диск сцепления на расстояние х перед тем, как он действительно придет в физическое соприкосновение с маховиком двигателя. Пока диск сцепления соприкасается с маховиком, может начаться передача вращающего момента между двигателем и остальной силовой передачей. После этого, чем больше замкнуто сцепление (чем сильнее диск сцепления зацепляется трением с маховиком), тем больший вращающий момент может быть передан между двигателем и остальной силовой передачей. Насколько точно большой вращающий момент может быть передан в каждой точке, зависит от характеристики К_char сцепления, которая может быть разной для разных сцеплений.

Наоборот, это означает, что на всем протяжении перемещения от точки соприкосновения до полного замыкания сцепление может передавать большее или меньшее количество вращающего момента (чем более замкнуто сцепление, тем больший вращающий момент может быть передан), то есть вращающий момент может быть передан на протяжении периода y перемещения на фиг.2.

Настоящее изобретение использует этот факт. Пример 300 способа согласно настоящему изобретению изображен на фиг.3. Способ начинается с этапа 301, который определяет, должно ли быть разомкнуто сцепление, например из-за того, что транспортное средство тормозит, и существует риск падения частоты вращения двигателя ниже холостой частоты вращения. Если сцепление должно быть разомкнуто, процесс переходит на этап 302, посредством которого сцепление размыкается в первое положение с исходной скоростью. Это изображено на фиг.4, где ось х представляет время, и ось y представляет вращающий момент, который сцепление может передавать, то есть точка Т₁ соответствует «замкнутому» положению на фиг.2, и положение Т₀ соответствует точке соприкосновения сцепления на фиг.2. Когда вращающий момент, который сцепление может передавать, перемещается из точки Т₁ к точке Т₀, положение сцепления меняется из «замкнутого» в положение СР_clutch на фиг.2.

Таким образом, когда размыкание сцепления начинается на этапе 302, то есть во время t₁ на фиг.4, сцепление размыкается с исходной скоростью, предпочтительно настолько быстро, насколько это возможно, от точки (положения) Т₁ в точку (положение) Т₂, которая соответствует положению Р₂ на фиг.2. Положение Т₂ представляет вращающий момент, который сцепление передает между двигателем и остальной силовой передачей, по существу, во время (t₁), в которое начинается размыкание сцепления. Для положения Т₂ может быть преимуществом, если оно предусмотрено с некоторой границей для компенсации для ситуаций, в которых принятая характеристика К_char сцепления является не совсем правильной, то есть если Т₂ задано как Т₂+ΔТ, где ΔТ представляет фактор компенсации. Характеристика сцепления, например, может быть рассчитана посредством измерений мастерской/завода или во время работы. Такой расчет характеристики сцепления во время работы является предшествующим уровнем техники и, следовательно, дополнительно не описан здесь. Это же относится к точке соприкосновения сцепления, которая обычно изменяется с температурой сцепления, и известны способы для расчета этой точки соприкосновения.

Фактор компенсации также может быть принят для компенсации каких-либо ошибок в определении вращающего момента, передаваемого сцеплением. В современных транспортных средствах часто может быть рассчитан вращающий момент в силовой передаче. Вращающий момент, обеспечиваемый двигателем, может быть рассчитан, например, на основании знания количеств топлива, впрыскиваемого в цилиндры, углов зажигания, давлений турбонаддува и тому подобного. Вращающий момент, обеспечиваемый двигателем, по отношению ко временам зажигания, объемам впрыскивания, давлениям турбонаддува и тому подобному может быть измерен, например, заранее и может храниться в памяти в системе связи транспортного средства для использования в различных управляющих системах транспортного средства, например в управляющем блоке двигателя, управляющем блоке коробки передач и управляющем блоке 116, описанном выше. Вращающий момент, обеспечиваемый двигателем, может быть определен таким образом, и положение Т₂ также может быть определено на основании этой информации и характеристики сцепления.

В современных транспортных средствах также часто используются технологии, не описанные дополнительно здесь, для определения тормозного момента, прилагаемого к силовой передаче тормозной системой транспортного средства. Тем не менее, в целом, вращающий момент от двигателя может быть определен более точно, чем тормозной момент, так что ΔТ в варианте осуществления может быть задан с большей величиной, когда Т₂ определен посредством тормозного момента.

Быстрое размыкание сцепления в положение Т₂ не вызовет нежелательных толчков, так как сцепление все еще может передавать вращающий момент к силовой передаче. Когда после этого сцепление размыкается в точку Т₂ (Р₂) во время t₂, скорость, с которой оно размыкается, уменьшается до второй скорости на этапе 303. На этом этапе сцепление в принципе может быть разомкнуто с любой желаемой скоростью, поскольку размыкание до точки Т₂ уже обеспечит гарантию того, что двигатель не может быть нагружен большим вращающим моментом, чем этот, так что здесь опять же отсутствует риск глушения двигателя. Средним значением для упомянутой второй скорости может быть, например, самое большее половина среднего значения для упомянутой исходной скорости.

После этого размыкание сцепления полностью с упомянутой пониженной второй скоростью позволяет сцеплению быть разомкнутым достаточно медленно, чтобы гарантировать отсутствие нежелательных вибраций силовой передачи.

Размыкание сцепления от времени t=t₂ до времени t=t₃ (то есть когда сцепление достигает точки соприкосновения и после этого полностью разомкнуто) может быть линейным, экспоненциальным или согласно какой-либо другой соответствующей функции.

Следовательно, настоящее изобретение имеет преимущество, заключающееся в том, что сцепление может быстро и без нежелательных вибраций силовой передачи быть разомкнуто в положение, в котором отсутствует риск глушения двигателя, что означает, что оно в принципе может быть разомкнуто с любой желаемой малой скоростью. Любое увеличение тормозного момента, оказываемого тормозной системой транспортного средства между t=t₂ и t=t₃ на фиг.4, увеличит только проскальзывание сцепления, а не нагрузку на двигатель. Следовательно, настоящее изобретение означает, что время, необходимое для размыкания сцепления от Т₂ до Т₀, может быть определено с точки зрения комфорта без необходимости принятия во внимание риска глушения двигателя.

Точка Т₂ вместо того, чтобы принимать форму вращающего момента, который присутствует в силовой передаче в момент зацепления сцепления, может быть точкой, которая (по существу) соответствует максимальному вращающему моменту, который может быть обеспечен двигателем, работающим на холостых оборотах. Факт того, что двигатель всегда может обеспечивать этот вращающий момент, означает, что любой риск его глушения будет исключен благодаря тому, что сцепление всегда будет быстро размыкаться к этой точке.

Изобретение относится к транспортному средству с автоматически управляемым сцеплением. Транспортное средство содержит двигатель внутреннего сгорания для генерирования движущей силы, передаваемой ведущим колесам через автоматически управляемое сцепление и коробку передач. Упомянутое сцепление размыкают с первой скоростью в первое положение сцепления, в котором оно передает максимальный вращающий момент, который двигатель внутреннего сгорания обеспечивает на холостой частоте вращения. Из упомянутого первого положения сцепление размыкают со второй скоростью, которая меньше, чем исходная скорость. Технический результат - предотвращение глушения двигателя и устранение нежелательных вибраций в силовой передаче. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ размыкания автоматически управляемого сцепления транспортного средства, содержащего двигатель (110) внутреннего сгорания для генерирования движущей силы, предназначенной для передачи к, по меньшей мере, одному ведущему колесу (113, 114) через упомянутое сцепление (106) и коробку (103) передач, отличающийся тем, что размыкают сцепление (106) с первой скоростью в, по меньшей мере, первое положение, по существу, соответствующее положению, в котором оно может самое большее передавать максимальный вращающий момент, который двигатель (101) внутреннего сгорания может обеспечить на холостой частоте вращения, и из первого положения размыкают сцепление (106) со второй скоростью, которая меньше, чем исходная скорость.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходная скорость представляет собой скорость, которая, по меньшей мере, превосходит половину максимальной скорости, с которой сцепление (106) может быть разомкнуто.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что исходная скорость представляет собой, по существу, максимальную скорость, с которой сцепление (106) может быть разомкнуто.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что во время размыкания сцепления (106), когда вращающий момент, который передает упомянутое сцепление, падает ниже максимального вращающего момента, который двигатель (101) внутреннего сгорания может обеспечить на холостой частоте вращения, упомянутое сцепление размыкается с исходной скоростью в положение, по существу, соответствующее положению, в котором сцепление (106) может передавать самый больший вращающий момент, который сцепление передает, когда начинается размыкание сцепления.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что первое положение определяют посредством характеристики сцепления.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что вторая скорость представляет собой максимум три четверти исходной скорости.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что во время размыкания сцепления (106), когда вращающий момент, который передает упомянутое сцепление, падает ниже максимального вращающего момента, который двигатель (101) внутреннего сгорания может обеспечить на холостой частоте вращения, упомянутое сцепление размыкается с исходной скоростью в положение, по существу, соответствующее положению, в котором сцепление (106) может передавать самый больший вращающий момент, который сцепление передает, когда начинается размыкание сцепления.

8. Способ по п.3, отличающийся тем, что первое положение определяют посредством характеристики сцепления.

9. Способ по п.4, отличающийся тем, что первое положение определяют посредством характеристики сцепления.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что первое положение определяют посредством характеристики сцепления.

11. Способ по п.3, отличающийся тем, что вторая скорость представляет собой максимум три четверти исходной скорости.

12. Способ по п.4, отличающийся тем, что вторая скорость представляет собой максимум три четверти исходной скорости.

13. Способ по п.5, отличающийся тем, что вторая скорость представляет собой максимум три четверти исходной скорости.

14. Способ по любому из пп.7-10, отличающийся тем, что вторая скорость представляет собой максимум три четверти исходной скорости.

15. Система размыкания автоматически управляемого сцепления (106) транспортного средства, содержащего двигатель (110) внутреннего сгорания для генерирования движущей силы, предназначенной для передачи к, по меньшей мере, одному ведущему колесу (113, 114) через упомянутое сцепление и коробку (103) передач, отличающаяся тем, что она содержит средство для размыкания сцепления с первой скоростью в, по меньшей мере, первое положение, по существу, соответствующее положению, в котором оно может самое большее передавать максимальный вращающий момент, который двигатель внутреннего сгорания может обеспечить на холостой частоте вращения, и размыкания из первого положения сцепления со второй скоростью, которая меньше, чем исходная скорость.

16. Транспортное средство, отличающееся тем, что оно содержит систему по п.15.