СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВЫКЛЮЧЕНИЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ГЛАВНОГО СЦЕПЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2013 года по МПК B60W10/02 B60W10/11 B60W30/20 F16H59/14 F16D48/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в целом к способу и устройству управления выключением автоматического главного сцепления транспортного средства.

Настоящее изобретение также относится к компьютерной программе, компьютерному программному продукту и запоминающей среде компьютера, при этом все из перечисленного предназначено для применения с компьютером для осуществления упомянутого способа.

Уровень техники

Известно, что коммерческие автомобили для тяжелых условий эксплуатации, такие как грузовые автомобили для сухопутных перевозок и автобусы, оснащают автоматическими механическими трансмиссиями (АМТ), которые действуют согласно заранее заданным программам. С помощью АМТ выбор и переключение передач осуществляется согласно специально разработанным программам. Может быть предусмотрен блок управления трансмиссией, который управляет различными муфтами коробки передач АМТ для включения или выключения различных передаточных отношений. При переключении некоторых или всех передач главное сцепление, входящее в АМТ и расположенное между двигательным агрегатом и коробкой передач, отсоединяет коробку передач от двигательного агрегата во время переключения передачи. Если главное сцепление является сцеплением пластинчатого типа, оно также может использоваться для синхронизации части или всей разности между частотой вращения ранее включенного передаточного отношения и выбранного следующего передаточного отношения, которое должно быть включено. Двигательный агрегат сообщает движение колесам, с возможностью передачи приводного усилия соединенным с выходным ведущим валом АМТ. Двигательный агрегат, АМТ, ведущие валы и ведомые колеса образуют силовой привод транспортного средства.

Когда главное сцепление включено, и двигательный агрегат передает на ведомые колеса определенный положительный крутящий момент, ведущие валы силового привода закручиваются до некоторой степени подобно торсионной пружине. Соответственно, происходит некоторая угловая деформация в зависимости от положительного крутящего момента. Если главное сцепление неожиданно и внезапно выключается, начинаются колебания ведущих валов. Такие колебания затрудняют быстрое включение последующего передаточного отношения в коробке передач, поскольку ведущие валы и зубчатые колеса коробки передач перемещаются относительно друг друга. Эти колебания отрицательно сказываются на плавности хода транспортного средства. Этот недостаток является особо ощутимым на низких скоростях движения транспортного средства и высоких передаточных отношениях (низших передачах). Соответственно, одним из известных решений с целью предотвращения колебаний такого силового привода в связи с переключением передачи является линейное снижение создаваемого двигательным агрегатом выходного крутящего момента в соответствии с заданным алгоритмом снижения крутящего момента. Таким образом, выходной крутящий момент в силовом приводе будет с определенной скоростью снижаться приблизительно до нуля прежде, чем главное сцепление может быть выключено. Это известное решение является эффективным, но для линейного снижения создаваемого двигательным агрегатом выходного крутящего момента этим регулируемым способом требуется некоторое дополнительное время. Иногда дополнительное время может иметь решающее значение для обеспечения возможности успешного повышения передачи, например, в тяжелых условиях работы транспортного средства при повышении передачи во время преодоления относительно крутого подъема.

Один из известных способов сокращения времени переключения передач описан в патенте US 6847878. При внезапном выключении главного сцепления начинаются колебания. Когда вследствие колебаний угловая скорость ведущего вала снижается до величины, относительно близкой к угловой скорости, которую должен приобрести ведущий вал, чтобы осуществить включение следующей передачи, происходит включение такой следующей передачи. Этот способ отличается высоким быстродействием, при этом снижаются колебания, но увеличивается износ трансмиссии, и, соответственно, это может отрицательно сказываться на ее долговечности.

В настоящем изобретении предложено сокращение времени переключения передач, в особенности с целью обеспечения более быстрого повышения передач. В изобретении дополнительно предложено повышение плавности хода транспортного средства и обеспечение его высокой долговечности.

Раскрытие изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача создания усовершенствованного способа и устройства выключения главного сцепления, которые обладают высоким быстродействием, обеспечивают удовлетворительную плавность хода и высокую долговечность трансмиссии.

Эта задача решена посредством способа управления выключением автоматического главного сцепления транспортного средства (далее -автомобиля), расположенного в силовом приводе автомобиля, который охарактеризован в п.1 прилагаемой формулы изобретения. Согласно первой особенности изобретения предложен способ управления выключением автоматического главного сцепления транспортного средства, расположенного в силовом приводе автомобиля между двигательным агрегатом и ступенчатой трансмиссией. Способ включает шаги (но необязательно ограничен ими):

определения первого выходного крутящего момента двигательного агрегата до инициации выключения главного сцепления, при этом первый выходной крутящий момент является положительным или отрицательным,

вычисления второго выходного крутящего момента двигательного агрегата в зависимости по меньшей мере от первого выходного крутящего момента, при этом второй выходной крутящий момент находится ближе к нулевому крутящему моменту, чем первый выходной крутящий момент,

инициации выключения главного сцепления путем инициации колебаний ведущих валов силового привода посредством внезапного изменения выходного крутящего момента двигательного агрегата с первого выходного крутящего момента на второй выходной крутящий момент, и

выключения главного сцепления, когда колебания достигают первой критической точки.

В одном из вариантов осуществления изобретения в способе дополнительно предусмотрено, что величина второго выходного крутящего момента относительно первого выходного крутящего момента такова, что угловая деформация ведущих валов и скорость угловой деформации ведущих валов приблизительно равны нулю в первой критической точке колебаний.

В одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения в способе предусмотрено вычисление второго выходного крутящего момента в зависимости от первого выходного крутящего момента и момента инерции двигательного агрегата. В одном из дополнительно усовершенствованных вариантов осуществления в способе также предусмотрено дополнительное вычисление второго выходного крутящего момента в зависимости от сопротивления автомобиля движению.

В другом варианте осуществления изобретения в способе дополнительно предусмотрено вычисление второго выходного крутящего момента согласно следующей формуле:

Т₁=Т₀/2-(I_pro*i_tot*g*α)/(2*r_tyre),

различные параметры которой пояснены далее.

Упомянутая задача также решена посредством силового привода автомобиля согласно пункту на устройство прилагаемой формулы изобретения, который содержит двигательный агрегат, с возможностью передачи приводного усилия соединенный с ведомыми колесами посредством автоматического главного сцепления автомобиля, трансмиссию и ведущие валы. Предусмотрен по меньшей мере один блок управления, который управляет включением и выключением главного сцепления и регулирует выходной крутящий момент двигательного агрегата. По меньшей мере один блок управления служит для выполнения шагов способа по одному из упомянутых вариантов осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

На сопровождающих изобретение чертежах различным образом проиллюстрированы особенности описываемых изобретений. Следует учесть, что проиллюстрированные варианты осуществления являются лишь примерами и не ограничивают объем правовой охраны. При этом чертежи является частью раскрытия описания и тем самым служат обоснованием патентуемого изобретения(-й). На чертежах:

на фиг.1 схематически представлен автомобиль, содержащий силовой привод согласно одному из примеров осуществления изобретения,

на фиг.2 - еще более схематическое представление силового привода, проиллюстрированного на фиг.1,

на фиг.3а-3в - диаграммы, иллюстрирующие, как в соответствии с изобретением осуществляется регулирование крутящего момента двигательного агрегата и управление положением главного сцепления, а также иллюстрирующие, как изменяется частота вращения двигательного агрегата во время выключения главного сцепления,

на фиг.4 - один из вариантов осуществления изобретения в компьютерной среде.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 схематически проиллюстрирован силовой привод 1 автомобиля. Двигательный агрегат 2 известным способом сообщает движение колесу 5 посредством главного сцепления 3, ступенчатой трансмиссии 4 и карданного вала 8. Трансмиссия может представлять собой механическую трансмиссию или автоматическую трансмиссию (АМТ). Двигательный агрегат может представлять собой двигатель внутреннего сгорания или комбинированный агрегат из двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя/генератора, т.е. так называемый гибридный электромобиль (ГЭМ).

Для управления двигательным агрегатом 2 и регулирования его выходного крутящего момента предусмотрен блок 7 управления. Блок управления дополнительно выполнен с возможностью управления главным сцеплением 3 и необязательно автоматической трансмиссией 4 в соответствии с различными входными командами, такими как частота вращения двигательного агрегата 2, частота вращения входного-выходного вала трансмиссии 4, выбранная передача трансмиссии и привода, вводимыми известным способом, например посредством педали акселератора. В одном из альтернативных вариантов осуществления блок 7 управления может представлять собой два или более различных блоков управления, связанных, например, посредством сети. Упомянутые функции управления могут быть разделены между этими блоками управления. Главное сцепление может представлять собой сухое или работающее в масляной ванне сцепление с одним или несколькими дисками (пластинками).

На фиг.2 показано еще более схематическое представление силового привода 21, проиллюстрированного на фиг.1. Позицией T_pro на фиг.2 обозначен крутящий момент, создаваемый моментом инерции двигательного агрегата 2. Момент инерции двигательного агрегата 2 обозначен позицией I_pro. Главное сцепление 3 обозначено на фиг.2 позицией 23. Главное сцепление посредством передаточного отношения i_tot в трансмиссии передает крутящий момент на ведущие валы 28, под действием которого они закручиваются (за счет угловой деформации) подобно торсионной пружине. На другом конце силового привода, на ведомые колеса 6 и, следовательно, на силовой привод воздействует момент инерции общей массы I_veh автомобиля вследствие поступательного движения автомобиля. I_veh является одним из параметров, который влияет на сопротивление автомобиля движению. Общее сопротивление автомобиля движению может быть представлено как крутящий момент T_res. Большое влияние на величину T_res оказывает уклон дороги (обозначенный как α в приведенной далее формуле).

Далее изобретение будет пояснено со ссылкой на фиг.3а-3в. Две пунктирные вертикальные прямые линии, пересекающие фигуры, являются вспомогательными линиями. Две пунктирные горизонтальные линии на фиг.3б также являются вспомогательными линиями. На фиг.3а показано, как во время выключения главного сцепления изменяется крутящий момент T_pro, создаваемый двигательным агрегатом 2. В одном из вариантов осуществления изобретения блок 7 управления запрограммирован на определение первого выходного крутящего момента Т₀, создаваемого двигательным агрегатом 2, когда главное сцепление включено. Этот первый выходной крутящий момент определяет непосредственно перед инициацией выключения главного сцепления.

На фиг.3б проиллюстрировано состояние включения главного сцепления. Показатель 0% означает, что главное сцепление полностью включено, а показатель 100% означает, что главное сцепление полностью выключено. Первый выходной крутящий момент Т₀ может быть измерен или рассчитан известными способами, которые не будут поясняться далее в описании. Первый выходной крутящий момент Т₀ может являться положительным или отрицательным, что означает, что двигательный агрегат 2 способен сообщать движение автомобилю или тормозить его. При движении вверх по склону двигательный агрегат создает положительный выходной крутящий момент, чтобы поддерживать скорость движения автомобиля или ускорять его. При движении вниз по склону двигательный агрегат способен тормозить автомобиль или поддерживать скорость его движения. Если автомобиль движется по горизонтальной дороге, первый выходной крутящий момент Т₀ также может являться положительным или отрицательным в зависимости от того, ускоряется или замедляется ли движение автомобиля. На фиг.3а проиллюстрированы положительные крутящие моменты, когда автомобиль движется вверх по склону. Отрицательные крутящие моменты до наступления момента t_y времени и при движении автомобиля вниз по склону будут в большинстве случае зеркально отображаться относительно временной оси. Уровни крутящего момента после наступления момента t_y времени будут такими же.

После того, как определен первый выходной крутящий момент Т₀, блок управления запрограммирован на вычисление второго выходного крутящего момента T₁. Вычисление осуществляется в зависимости по меньшей мере от первого выходного крутящего момента Т₀. В соответствии с изобретением второй выходной крутящий момент T₁ вычисляется таким образом, чтобы он был ближе к нулевому крутящему моменту, чем первый выходной крутящий момент Т₀. После того как первый и второй выходной крутящие моменты определены, блок 7 управления запрограммирован на инициацию выключения главного сцепления в момент t_x времени путем инициации колебаний ведущих валов 8 (или 28) силового привода 1 (или 21). Блок 7 управления, управляющий двигательным агрегатом 2, инициирует колебания таким образом, что выходной крутящий момент T_pro внезапно изменяется с первого выходного крутящего момента Т₀ на второй выходной крутящий момент Т₁ Показанная на фиг.3а кривая обозначает очень быстрое изменение крутящего момента с Т₀ на Т₁ Как только выходной крутящий момент T_pro изменяется, ведущие валы начинают колебаться "вокруг" нового уровня крутящего момента, которым в этом случае является T₁. Кривая T_ds обозначает крутящий момент на ведущих валах и то, как этот крутящий момент колеблется вокруг второго выходного крутящего момента Т₁. Как показано на фиг.3а, амплитуда колебаний имеет первый размах, который приблизительно соответствует разности между Т₀ и T₁, по меньшей мере если автомобиль не движется вверх или вниз по очень крутому склону (дополнительные пояснения смотри в формуле ниже). В соответствии с изобретением блок управления запрограммирован на выключение главного сцепления, когда колебания достигают первой критической точки. Эта критическая точка наступает в момент t_y времени. На фиг.3б показано, что выключение главного сцепления началось за короткий промежуток Δt времени до момента t_y. Δt определяется положением x_slip главного сцепления, в котором начинается его пробуксовка. Промежуток Δt времени является очень коротким, и в момент t_y времени главное сцепление максимально быстро выключается на 100%, чтобы не передавать крутящий момент после наступления критической точки. Выгода выключения главного сцепления при наступлении этой критической точки состоит в том, что крутящий момент T_ds близок к нулю, что также означает, что угловая деформация и скорость угловой деформации d/dt(T_ds) ведущих валов равны нулю или близки к нулю.

На фиг.3в показано, как изменяется скорость d/dt(T_ds) угловой деформации на ведущих валах после внезапного изменения выходного крутящего момента T_pro в момент t_x времени. Сначала d/dt(T_ds) снижается и достигает минимума, когда крутящий момент ведущих валах равен Т₁. Затем d/dt(T_ds) увеличивается и снова достигает нуля при достижении первой критической точки колебаний (в момент t_y времени). До наступления момента t_x времени и после наступления момента t_y времени скорость d/dt(T_ds) равна нулю. В одном из вариантов осуществления изобретения блок управления может быть запрограммирован на вычисление второго выходного крутящего момента T₁ относительно первого выходного крутящего момента Т₀ таким образом, что при достижении критической точки колебаний угловая деформация ведущих валов и скорость угловой деформации на ведущих валах приблизительно равны нулю. Чем ближе T_ds и d/dt(T_ds) к нулю, когда главное сцепление выключено, тем успешнее могут быть прекращены колебания.

Когда главное сцепление выключается при таком состоянии цепи привода, колебания подавляются, поскольку в результате колебаний ведущие валы достигли в момент t_y времени положения, в котором T_ds равен нулю. При выключении главного сцепление согласно этой предложенной в изобретении процедуре сокращается промежуток времени между инициацией выключения главного сцепления и выключением цепи привода по сравнению с использованием известных из уровня техники заданных линейных снижений крутящего момента во избежание генерации колебаний. Таким образом, может быть сокращено общее время переключения передач и сохраняться долговечность трансмиссии. Кроме того, предложенная в изобретении процедура обеспечивает более плавный ход и более легкое переключение передач.

В рассматриваемом случае выходной крутящий момент T_pro, создаваемый двигательным агрегатом, еще раз изменяется в момент t_y времени и снижается до уровня, например, достаточного для поддержания частоты вращения холостого хода, если двигательным агрегатом является двигатель внутреннего сгорания. Если двигательным агрегатом является электродвигатель, крутящий момент может изменяться до нулевого уровня или до уровня, на котором может поддерживаться определенная частота вращения. Это второе изменение крутящего момента необходимо во избежание разноса двигательного агрегата вследствие того, что он отсоединен от трансмиссии и ведущих валов.

В одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения блок управления запрограммирован на вычисление второго выходного крутящего момента T₁ в зависимости от первого выходного крутящего момента Т₀ и момента инерции I_pro двигательного агрегата. В одном из дополнительно усовершенствованных вариантов осуществления изобретения блок управления запрограммирован на вычисление второго выходного крутящего момента T₁ также дополнительно в зависимости от сопротивления автомобиля движению, которым может являться, например, уклон α дороги, сопротивление качению и сопротивление воздуха. Одним из параметров, который больше всего влияет на общее сопротивление автомобиля движению, обычно является уклон дороги. Соответственно, в качестве простейшего способа отображения сопротивление автомобиля движению может использоваться лишь уклон дороги.

В другом варианте осуществления изобретения для вычисления второго выходного крутящего момента T₁ может использоваться заданная формула:

Т₁=Т₀/2-(I_pro*i_tot*g*α)/(2*r_tyre),

в которой

Т₀ означает крутящий момент двигателя при моменте инерции до шага его быстрого изменения [Nm],

T₁ означает крутящий момент двигателя при моменте инерции после шага его быстрого изменения [Nm],

I_pro означает момент инерции двигателя [кгм²],

i_tot означает общее передаточное отношение [1],

g означает гравитационную постоянную [м/сек²]

α означает сопротивление автомобиля движению, выраженное через уклон дороги [m],

r_tyre означает радиус шины ведомого колеса [1].

Как можно видеть, для отображения сопротивления автомобиля движению в приведенной формуле используется только уклон дороги. В других вариантах осуществления вместо параметра α в приведенной выше формуле также могут использоваться другие параметры, которые влияют на сопротивление автомобиля движению, такие как, например, упомянутые сопротивление качению и сопротивление воздуха. Из приведенной формулы следует, что, если автомобиль движется вверх по склону, величина а будет положительной и, следовательно, величина T₁ будет составлять менее половины величины Т₀, если крутящие моменты являются положительными крутящими моментами, как это обычно должно быть. Если автомобиль движется вниз по склону, и величины крутящих моментов и α являются отрицательными, следовательно, величина T₁ будет по-прежнему составлять менее половины величины Т₀, но с минусовой стороны оси крутящего момента (с зеркальным отображением).

Следует отметить, что внезапное изменение крутящего момент с Т₀ на T₁ не зависит от жесткости и частоты собственных колебаний силового привода.

В одном из вариантов осуществления предложенная в изобретении процедура выключения главного сцепления может выполняться в каждом случае, когда требуется выключение сцепления, например, в особенности, во время повышения передач, когда любая возможность сократить время переключения может иногда иметь решающее значение. Предложенная в изобретении процедура выключения главного сцепления также может использоваться при понижении или повышении передач при движении вниз по склону или понижении передач при движении вверх по склону или во время переключения передач при движении по горизонтальной дороге. Предложенная в изобретении процедура выключения главного сцепления также может использоваться в ситуациях, когда главное сцепление должно быть выключено, но переключение передач не осуществляется. В одном из дополнительных вариантов осуществления блок 7 управления трансмиссией может быть запрограммирован на выполнение предложенной в изобретении процедуры выключения главного сцепления только при наличии тяжелых условий работы автомобиля, например, в случае повышения передач при движении тяжело нагруженного автомобиля вверх по относительно крутому склону.

На фиг.4 показано устройство 500 согласно одному из вариантов осуществления изобретения, имеющее 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. Хранящейся в части 530 памяти компьютерной программой для управления устройством 500 может являться операционная система. Устройство 500 может помещаться, например, в блоке управления, таком как блок 7 управления трансмиссией. Блок 510 обработки данных может представлять собой микрокомпьютер.

Память 520 также имеет вторую область 540, в которой хранится программа управления главным сцеплением. В одном из альтернативных вариантов осуществления программа управления главным сцеплением хранится в отдельной энергонезависимой запоминающей среде 550, такой как, например, компакт-диск (CD) 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 энергонезависимой среде 550 для записи.

Блок 510 обработки данных рассчитан на обмен данными с памятью 550 посредством шина 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.

Группа изобретений относится к способу управления выключением автоматического главного сцепления и силовому приводу для транспортного средства. Способ управления включает определение первого выходного крутящего момента двигательного агрегата, вычисление второго выходного крутящего момента двигательного агрегата, инициацию выключения главного сцепления и выключение главного сцепления. Инициацию выключения главного сцепления осуществляют путем инициации колебаний ведущих валов силового привода. Инициацию колебаний ведущих валов осуществляют в результате внезапного изменения выходного крутящего момента двигательного агрегата с первого на второй выходной крутящий момент. Выключение главного сцепления осуществляют, когда колебания достигают первой критической точки. Силовой привод содержит двигательный агрегат, трансмиссию, ведущие валы, блок управления. Блок управления выполнен с возможностью выполнения операций вышеуказанного способа. Технический результат заключается в повышении долговечности трансмиссии транспортного средства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления выключением автоматического главного сцепления (3, 23) транспортного средства, расположенного в силовом приводе (1, 21) транспортного средства между его двигательным агрегатом (2) и ступенчатой трансмиссией (4), включающий: определение первого выходного крутящего момента (Т₀) двигательного агрегата до инициации выключения главного сцепления, при этом первый выходной крутящий момент является положительным или отрицательным, вычисление второго выходного крутящего момента (T₁) двигательного агрегата в зависимости по меньшей мере от первого выходного крутящего момента (Т₀), при этом второй выходной крутящий момент (Т₁) находится ближе к нулевому крутящему моменту, чем первый выходной крутящий момент, инициацию выключения главного сцепления путем инициации колебаний ведущих валов (8, 28) силового привода посредством внезапного изменения выходного крутящего момента двигательного агрегата с первого выходного крутящего момента на второй выходной крутящий момент, и выключение главного сцепления, когда колебания достигают первой критической точки.

2. Способ по п.1, в котором величина второго выходного крутящего момента относительно первого выходного крутящего момента такова, что угловая деформация ведущих валов и скорость (d/dt(Tds) угловой деформации ведущих валов приблизительно равны нулю в первой критической точке колебаний.

3. Способ по п.1, включающий вычисление второго выходного крутящего момента в зависимости от первого выходного крутящего момента и момента инерции (I_pro) двигательного агрегата.

4. Способ по п.3, включающий вычисление второго выходного крутящего момента также в зависимости от сопротивления (α) транспортного средства движению.

5. Способ по п.1 или 2, включающий вычисление второго выходного крутящего момента (T₁) согласно следующей формуле:
T₁=Т₀/2-(I_pro·i_tot·g·α)/(2·r_tyre),
где I_pro - момент инерции двигателя;
i_tot - общее передаточное отношение;
g - гравитационная постоянная;
α - сопротивление автомобиля движению, выраженное через уклон дороги;
r_tyre - радиус шины ведомого колеса.

6. Силовой привод (1, 21) транспортного средства, содержащий двигательный агрегат (2), соединенный с возможностью передачи приводного усилия с ведомыми колесами (6) посредством автоматического главного сцепления (3, 23), трансмиссию (4) и ведущие валы (8, 28), и снабженный по меньшей мере одним блоком (7) управления, служащим для управления включением и выключением главного сцепления транспортного средства и регулирования выходного крутящего момента (Т_pro) двигательного агрегата, отличающийся тем, что упомянутый по меньшей мере один блок управления выполнен с возможностью выполнения шагов способа по одному из пп.1-5.