СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КОРОБКОЙ ПЕРЕДАЧ Российский патент 2014 года по МПК F16H59/02 F16H61/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу управления коробками передач транспортного средства. Изобретение относится, в частности, к способу, согласно ограничительной части пункта 1, управления коробкой передач транспортного средства.

Уровень техники

Существует множество различных вариантов трансмиссий для транспортных средств. Часто желательно, чтобы тяжелые транспортные средства управлялись как можно более удобно для водителя. Это означает, например, что переключения передач коробки передач должны выполняться автоматически системой управления, обычно включенной в состав транспортного средства. Коробки передач, которые переключают передачи автоматически, следовательно, также обычны в тяжелых транспортных средствах.

Вообще говоря, в вождении тяжелых транспортных средств, таких как грузовики, автобусы и тому подобное, экономичность транспортного средства со временем стала неизменно большим фактором в рентабельности деятельности, в которой используется транспортное средство. Не считая его стоимость приобретения, основные затраты, связанные с ежедневной эксплуатацией тяжелого транспортного средства, обычно включают в себя оплату водителя, ремонт и расходы по техническому обслуживанию, и топливо для приведения в движение транспортного средства.

В зависимости от типа транспортного средства, влияние различных факторов может меняться, но потребление топлива - это обычно основная статья расходов, и поскольку загрузка производственных мощностей тяжелых транспортных средств часто высокая, включая большое общее потребление топлива, каждый возможный способ уменьшения потребления топлива оказывает положительный эффект на рентабельность. Один из способов достижения этого - влияние на способ, с помощью которого система управления делает выборы передачи и управляет переключениями передач в коробке передач. По этой причине система управления часто включает в себя функции для улучшения потребления топлива путем как можно более значительного влияния на переключения передач и путем того, что выборы передач будут осуществляться как можно более экономичным с точки зрения топлива способом.

Определенная степень влияния водителя во многих ситуациях может быть желательна, например, когда необходимо включить более низкую передачу, чем система управления транспортного средства в противном случае выбрала бы. Автоматическое переключение передач в тяжелых транспортных средствах, обычно управляемых системой управления, дает возможность, которая, следовательно, также часто применяется, режима управления, посредством которого двигатель и управление коробкой передач и выбор передачи в значительной степени проводятся системой управления в одиночку, но с возможностью, по крайней мере, в определенных ситуациях выбора передачи, по крайней мере, частично основанного также и на командах водителя транспортного средства.

Вообще, вышеупомянутый автоматический выбор передачи хорошо работает во многих случаях, но есть ситуации, когда выбор передачи системой управления может привести к раздражению водителя. Следовательно, все еще есть ситуации, в которых автоматический выбор передачи может быть дополнительно усовершенствован.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать способ для управления коробкой передач транспортного средства, посредством которого выбор передачи может быть проведен таким способом, который, по крайней мере, в определенных ситуациях рассматривается положительно водителем транспортного средства.

Эта задача достигается способом по пункту 1.

Настоящее изобретение относится к способу управления коробкой передач транспортного средства, при этом транспортное средство имеет систему управления для автоматического управления коробкой передач, которая соединена с двигателем внутреннего сгорания и которая может быть установлена в несколько различных передаточных отношений. Выбор передаточного отношения системой управления подвержен влиянию водителя транспортного средства, и система управления выполнена с возможностью выбора начального передаточного отношения для приведения транспортного средства в движение из состояния покоя. Способ включает:

использование упомянутой системы управления для определения первого начального передаточного отношения,

определение второго начального передаточного отношения, указанного водителем транспортного средства, и

установку коробки передач во второе начальное передаточное отношение, указанное водителем транспортного средства, когда оно выше, чем первое начальное передаточное отношение, определенное упомянутой системой управления.

Настоящее изобретение, таким образом, предоставляет возможность гарантии, что транспортное средство всегда будет установлено в движении в передачу, выбранную водителем (выбранное передаточное отношение), вместо передачи, которую система управления находит наиболее подходящей, при условии, что передача, выбранная водителем, ниже (более высокое передаточное отношение), чем передача, выбранная системой управления. Это дает преимущество, что управление транспортным средством в определенных ситуациях может проводиться способом, который наиболее желателен для водителя.

Например, это обычно для водителя в очереди транспортных средств использовать переключатель режима, чтобы установить коробку передач в очень низкую передачу (т.е. высокое передаточное отношение), чтобы была возможность ехать медленно вперед с двигателем на холостом ходу без необходимости применять ускорение или торможение. Поскольку нахождение в очереди часто приводит к частым остановкам, после которых вновь начинается движение, это может быть очень раздражающим, если система управления транспортного средства выбирает при каждой остановке новую более высокую начальную передачу (более низкое передаточное отношение), чем передача, которую водитель считает подходящей для нахождения в очереди. Настоящее изобретение делает возможным избежать такого раздражения.

Дополнительные характеристики настоящего изобретения и его преимущества показаны подробным описанием, приведенным ниже, примеров вариантов осуществления и прилагаемых чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг.1a изображает трансмиссию в транспортном средстве, в котором настоящее изобретение может быть с пользой использовано.

Фиг.1b изображает пример блока управления в системе управления транспортного средства.

Фиг.2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример способа управления приводом сцепления согласно примеру варианта осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления

Фиг.1a изображает пример трансмиссии в тяжелом транспортном средстве 100, например грузовике, автобусе или тому подобном, согласно примеру варианта осуществления настоящего изобретения. Транспортное средство 100, схематически изображенное на фиг.1a, включает в себя только один вал с механизированными колесами 113, 114, но изобретение также применимо в транспортных средствах, которые имеют более одного вала, снабженного механизированными колесами. Трансмиссия включает в себя двигатель 101 внутреннего сгорания, подключенный традиционным образом через выходной вал 102 двигателя 101, обычно через маховик (не изображен), к автоматически управляемой коробке 103 передач через сцепление 106.

Однако тяжелые транспортные средства, используемые в значительной степени в сельском хозяйстве или на автострадах, обычно предоставляются, как было упомянуто выше, не с автоматическими коробками передач в традиционном смысле, а с «ручными» коробками передач, в которых переключение передач управляется системой управления. Это происходит отчасти из-за того, что ручные коробки передач существенно менее дорогие в производстве, но также из-за их большей эффективности и, следовательно, меньшего потребления топлива по сравнению с традиционной автоматической коробкой передач.

Эффективность автоматических коробок передач типа, обычно включенного в пассажирские автомобили, часто слишком низкая по сравнению с управляемой вручную коробкой передач, чтобы их оправдать. Включение/выключение передач в коробке 103 передач управляется системой управления транспортного средства, в этом случае - посредством блока 117 управления.

Сцепление 106 в настоящем примере принимает форму автоматически управляемого сцепления, но также может принимать форму управляемого вручную сцепления, поскольку системы управления в транспортных средствах с управляемыми вручную (управляемыми водителем) сцеплениями могут традиционным способом проводить переключения передач с закрытым сцеплением и, следовательно, без его использования. Кроме того, сцепление 106 относится к дисковому типу, посредством которого фрикционный элемент (диск) 110, подключенный к первому элементу коробки передач, например входному валу 118 коробки 103 передач, сцепляет избирательно с маховиком 102 двигателя, чтобы передать движущую силу от двигателя 101 внутреннего сгорания к механизированным колесам 113, 114 через коробку 103 передач. Сцепление диска 110 сцепления с выходным валом 102 двигателя управляется посредством нажимного диска 111, который подвижен в сторону, например, рычагом 112, функция которого управляется приводом 115 сцепления.

Привод 115 сцепления может, например, принимать форму электрически управляемого привода сцепления или пневматически управляемого привода сцепления. Привод сцепления управляется посредством блока 116 управления, но в других отношениях специфические функции привода сцепления и принципы фактического управления сцеплением системой управления посредством привода сцепления - это технология, которая общеизвестна специалистам и, следовательно, не описана здесь более подробно.

Системы управления в современных транспортных средствах обычно состоят из системы коммуникационной шины, включающей в себя одну или более коммуникационных шин для соединения вместе ряда электронных блоков управления (ЭБУ, ECU) или контроллеров, и различных компонентов, расположенных на транспортном средстве. Такая система управления может включать в себя большое количество блоков управления, и ответственность за специфическую функцию может быть разделена между двумя или более из них.

Для простоты, фиг.1a изображает только два таких электронных блока 116, 117 управления, которые соответственно управляют в этом варианте осуществления двигателем 101 и сцеплением 106 и коробкой 103 передач (два или более из числа двигателя, коробки передач и сцепления могут альтернативно быть организованы, чтобы управляться одним и тем же блоком управления или другими неизображенными блоками управления).

Блоки управления изображенного типа обычно адаптированы к получению сигналов датчика от различных частей транспортного средства, например от коробки передач, двигателя, сцепления и/или других блоков управления или компонентов, расположенных на транспортном средстве. Управление блоками управления обычно зависит от сигналов от других блоков управления, например, управление коробкой 103 передач блоком 117 управления будет, вероятно, зависеть, например, от информации, полученной от, например, блока управления, который отвечает за функционирование коробки 103 передач, и от блока/блоков управления, которые управляют функциями двигателя, например, блока 116 управления.

Блоки управления дополнительно адаптированы к отправке сигналов управления к различным частям и компонентам транспортного средства, например двигателю, сцеплению и коробке передач, для их управления. Настоящее изобретение может быть реализовано в любом из вышеперечисленных блоков управления или в каком-либо другом подходящем блоке управления в системе управления транспортного средства.

Управление различными частями и компонентами в транспортном средстве, например выбором передачи (передаточного отношения) и включением/выключением передач в коробке передач, часто регулируется запрограммированными командами. Эти запрограммированные команды обычно принимают форму компьютерной программы, которая при исполнении в компьютере или блоке управления приводит к тому, что компьютер/блок управления осуществляют желаемые формы управляющего воздействия, например шаги способа, согласно настоящему изобретению. Компьютерная программа обычно принимает форму продуктов 109 компьютерной программы, которые хранятся на цифровом носителе 121 данных (см. фиг.1b), например ROM (ПЗУ, постоянное запоминающее устройство), PROM (ППЗУ, программируемое постоянное запоминающее устройство), EPROM (СППЗУ, стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство), флэш-памяти, EEPROM (ЭСППЗУ, электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство), запоминающем устройстве на жестком диске и т.д., в комбинации с или в блоке управления, и выполняются блоком управления. Поведение транспортного средства в специфической ситуации может, следовательно, регулироваться путем изменения команд компьютерной программы.

Пример блока управления (блок 117 управления) изображен схематически на фиг.1b и может содержать блок 120 вычислений, который может принимать форму, по существу, любого подходящего типа процессора или микрокомпьютера, например схемы для цифровой обработки сигналов (Цифровой Сигнальный Процессор, ЦСП, DSP) или схемы с предопределенной специфической функцией (специализированная интегральная схема, СИС, ASIC). Блок 120 вычислений подключен к блоку 121 памяти, который расположен в блоке 117 управления и который предоставляет блоку 120 вычислений, например, хранимый программный код 109 и/или хранимые данные, в которых нуждается блок 120 вычислений, чтобы иметь возможность производить вычисления. Блок 120 вычислений также адаптирован к хранению частичных или конечных результатов вычислений в блоке 121 памяти.

Блок 117 управления дополнительно снабжен соответствующими устройствами 122, 123, 124, 125 для приема и отправки входных и выходных сигналов. Эти входные и выходные сигналы могут содержать колебания, импульсы или другие атрибуты, которые принимающие входной сигнал устройства 122, 125 могут обнаружить как информацию и которые могут быть сконвертированы в сигналы, обрабатываемые блоком 120 вычислений. Эти сигналы затем подаются в блок 120 вычислений. Отправляющие выходной сигнал устройства 123, 124 адаптированы к конвертированию сигналов, полученных из блока 120 вычислений, чтобы, например, модулируя их, создать выходные сигналы, которые могут быть переданы в остальные части системы управления транспортного средства и/или компоненту/компонентам, для которых они предназначены. Каждое из соединений к соответствующим устройствам приема и отправки входных и выходных сигналов может принимать форму одного или более из кабеля, шины данных, например шины CAN (Локальная Сеть Контроллеров), шины MOST (Бортовая Оптоволоконная Автомобильная Шина) или какой-либо другой конфигурации шины, или беспроводного соединения.

Транспортное средство 100 дополнительно содержит приводные валы 104, 105, подключенные к его механизированным колесам 113, 114 и управляемые выходным валом 107 из коробки 103 передач через конечную передачу 108, например, традиционный дифференциал.

Хотя изображенное транспортное средство имеет коробку передач, управляемую системой управления, посредством которой как переключения передач, так и выборы передач могут быть проведены полностью автоматически системой управления транспортного средства без влияния водителя, существуют ситуации, как было упомянуто выше, в которых определенная степень влияния водителя может быть желательна, поэтому транспортное средство 100 на фиг.1a организовано таким образом, что водитель может, по крайней мере, частично оказывать влияние на выбор передач. Этот указываемый водителем выбор передачи может, например, быть указан посредством переключателя режима, раскрытого ниже и очень схематически изображенного как рычаг 119 передачи, подключенный к блоку 117 управления.

Настоящее изобретение относится к выбору передачи в момент приведения транспортного средства в движение из состояния покоя, и фиг.2 - это пример блок-схемы примера 200 способа согласно настоящему изобретению. Способ проводится системой управления транспортного средства, и шаг 201 определяет, должна ли быть выбрана начальная передача. В тяжелых транспортных средствах обычно существует автоматический выбор начальной передачи, чтобы определить подходящую начальную передачу для использования, когда впоследствии транспортное средство приводится в движение. Иными словами, начальная передача означает передачу (передаточное отношение), которая включается для начала движения из состояния покоя.

Причина, по которой делается этот выбор начальной передачи, заключается в том, что обычно нежелательно приводить транспортное средство в движение на абсолютно самой низкой передаче, поскольку в этом случае может потребоваться большое количество переключений передач, прежде чем транспортное средство достигнет желаемой скорости, процедура, которую водитель может посчитать неудобной. С точки зрения потребления топлива также может быть предпочтительным, чтобы транспортное средство приводилось в движение на как можно более высокой передаче. Кроме того, слишком низкая начальная передача может при неблагоприятных условиях беговой поверхности привести к перерыву крутящего момента, который возникает во время переключений передач, вызывая, например, неподвижный ход при начале движения на подъеме, где беговая поверхность состоит из, например, льда или снега.

По этой причине система автоматического выбора передачи транспортного средства выбирает подходящую начальную передачу, которая представляет собой компромисс между износом сцепления, который происходит при проскальзывании на упомянутой выбранной передаче (чем выше выбранная начальная передача, тем дольше сцепление будет проскальзывать перед тем, как оно полностью закроется), и скоростью, которой достигнет транспортное средство на упомянутой выбранной начальной передаче (чем выше передача, тем больше достигнутая скорость перед тем, как становится необходимым переключение передачи).

Определение системой управления начальной передачи обычно основано на текущих данных как о состоянии транспортного средства, например о текущем весе транспортного средства, так и о его окружении, например угле наклона беговой поверхности, на которой находится транспортное средство в настоящий момент. Например, более высокая начальная передача обычно может быть выбрана, если транспортное средство находится на уклоне, а не на подъеме.

Выбор начальной передачи может быть дополнительно основан на знании производительности двигателя для соответствующего транспортного средства и на текущем весе транспортного средства (который может сильно меняться между, например, состояниями, когда транспортное средство порожнее и полностью загружено). Различные доступные передаточные отношения коробки передач могут также оказывать влияние на определение.

Угол наклона беговой поверхности может, например, быть определен несколькими общеизвестными способами, например, на основе сопротивления движению, в форме общего представления равнодействующей сил, действующих на транспортное средство во время работы, и может быть вычислен на основе знания скорости транспортного средства, вращающего момента двигателя, конфигурации транспортного средства и других внешних данных.

Угол наклона может также быть определен посредством любого подходящего типа датчика угла наклона, например акселерометра. Альтернативно, угол наклона дороги может, например, быть определен посредством базы данных углов наклона дороги, предоставленной в транспортном средстве, посредством чего эти данные объединяются с расположением транспортного средства, которое доступно, например, посредством GPS-приемника, делая возможным для системы управления транспортного средства также быть осведомленной о характере дороги впереди транспортного средства и использовать эти данные в автоматическом выборе начальной передачи.

Выбор начальной передачи может, например, быть организован таким образом, чтобы осуществляться, как только транспортное средство остановилось, или уже до того, как оно остановилось, но когда оно затормозило до такой низкой скорости, что очень вероятно, что оно скоро остановится. Таким образом, выбранная передача может также быть включена, как только был сделан выбор начальной передачи, т.е. включение передачи может также иметь место перед тем, как транспортное средство остановилось. Альтернативно, выбор начальной передачи может быть сделан в точный момент, когда транспортное средство должно приводиться в движение, что может, например, быть определено по нажатию водителем на педаль акселератора, но определение начальной передачи на такой поздней стадии со, следовательно, поздним включением передачи может вызвать задержку, которая будет негативно рассматриваться водителем.

Если шаг 201 определяет, что должна быть выбрана начальная передача, способ переходит на шаг 202. Вместо определения начальной передачи предшествующего уровня техники, как указано выше, настоящее изобретение определяет, указал ли водитель вручную выбор начальной передачи. Существуют различные способы осуществления этого определения, в зависимости от типа транспортного средства, например, переключатель режима транспортного средства может включать в себя положение для ручного влияния на выбор передачи.

Как было упомянуто выше, водитель транспортного средства может оказывать влияние на выбор передачи, например, двигая переключатель режима в сторону в положение, в котором включение повышающей передачи/включение понижающей передачи может подвергаться влиянию водителя, двигающего переключатель режима в подпружиненные «+» и «-» положения. Это дает возможность ему/ей осуществлять последовательное включение повышающей передачи/включение понижающей передачи.

Вместо того чтобы двигать переключатель режима в положение для ручного переключения передач, транспортное средство может альтернативно быть снабжено «лопастями», расположенными, например, на рулевом колесе, для того, чтобы подобным образом осуществлять последовательное включение повышающей передачи/включение понижающей передачи.

Согласно настоящему изобретению, шаг 202, следовательно, определяет, перед тем как транспортное средство остановилось (или когда оно останавливается, если оно еще не остановилось), двигалось ли оно на передаче, установленной вручную водителем, например, посредством переключателя режима или лопастей. Если это не так, способ переходит на шаг 203, который автоматически делает выбор начальной передачи обычным способом, как описано выше.

В противоположность, если транспортное средство остановилось (или останавливается) на выбранной вручную передаче, способ переходит на шаг 204, который определяет, была ли вручную выбранная передача более низкой передачей (т.е. более высоким передаточным отношением), чем начальная передача, считающаяся наиболее подходящей согласно системе управления транспортного средства. Если выбранная вручную передача ниже, чем автоматически выбранная начальная передача, способ переходит на шаг 205, который применяет указанную водителем (выбранную вручную) передачу вместо автоматически выбранной начальной передачи. Если, однако, шаг 204 обнаруживает, что выбранная вручную передача выше, чем автоматический выбор передачи, способ переходит на шаг 203, поскольку система управления обычно выбирает начальную передачу, которая считается самой высокой подходящей передачей.

Настоящее изобретение, таким образом, делает возможным предоставление уверенности, что транспортное средство всегда будет приводиться в движение на передаче, выбранной водителем, при условии, что она ниже, чем наиболее подходящая передача согласно системе управления, что дает преимущество, что управление транспортным средством в таких ситуациях, как очередь, как описано выше, может быть проведено способом, который удобен для водителя.

Водитель транспортного средства, таким образом, может использовать переключатель режима, чтобы установить коробку передач на очень низкую передачу (высокое передаточное отношение), чтобы адаптировать транспортное средство к низкой скорости, которая часто преобладает, например, в медленно движущейся очереди транспортных средств. Если система управления впоследствии обнаруживает, что требуется более высокая передача, например, из-за того, что транспортное средство ускорилось до частоты вращения двигателя, которая требует переключения передачи, система управления может перейти на автоматическое переключение передач обычным способом, вместе с или без ручного ввода от водителя. Способ заканчивается на шаге 206.

Настоящее изобретение описано выше в связи с традиционной коробкой передач, но также применимо с другими типами коробок передач, например с коробками передач CVT (бесступенчатая коробка передач), при условии, что транспортное средство организовано для автоматического выбора передаточного отношения, как описано выше, и при условии, что соответствующее передаточное отношение подвержено влиянию водителя.

Хотя различные варианты осуществления настоящего изобретения проиллюстрированы выше, специалисты в соответствующей области поймут, что изменения и модификации осуществимы, не отходя от сущности изобретения. Изобретение, следовательно, не ограничено за исключением указанного в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к управлению коробками передач. Способ управления коробкой передач транспортного средства включает использование системы управления для определения первого начального передаточного отношения; определение второго начального передаточного отношения, при котором двигалось транспортное средство, когда оно было приведено к остановке. Также способ включает установку коробки передач во второе начальное передаточное отношение, когда оно выше, чем первое начальное передаточное отношение, определенное системой управления. Система управления для автоматического управления коробкой передач транспортного средства содержит средства для определения первого и второго начального передаточного отношения и средства для установки коробки передач во второе начальное передаточное отношение. Также изобретение относится к транспортному средству, содержащему вышеописанную систему. Достигается повышение удобства управления коробкой передач. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ управления коробкой передач транспортного средства, имеющего систему управления для автоматического управления коробкой передач, которая соединена с двигателем внутреннего сгорания и которая может быть установлена в несколько различных передаточных отношений, при этом выбор системы управления передаточного отношения подвержен влиянию водителя транспортного средства, причем система управления выполнена с возможностью выбора начального передаточного отношения для приведения транспортного средства в движение из состояния покоя, при этом способ включает
использование системы управления для определения первого начального передаточного отношения,
определение второго начального передаточного отношения, указанного водителем транспортного средства, которое является передаточным отношением, при котором двигалось транспортное средство, когда оно было приведено к остановке, и
установку коробки передач во второе начальное передаточное отношение, указанное водителем транспортного средства, когда оно выше, чем первое начальное передаточное отношение, определенное системой управления.

2. Способ по п.1, в котором второе начальное передаточное отношение, указанное водителем транспортного средства, представляет собой отношение, которое было установлено вручную им/ей.

3. Способ по п.1 или 2, в котором второе начальное передаточное отношение было установлено водителем посредством переключателя режима.

4. Способ по п.1 или 2, который применяется только тогда, когда транспортное средство приводится в движение снова без выключения двигателя с тех пор, как транспортное средство остановилось.

5. Способ по п.3, который применяется только тогда, когда транспортное средство приводится в движение снова без выключения двигателя с тех пор, как транспортное средство остановилось.

6. Способ по любому из пп.1 и 2 или 5, в котором определение начального передаточного отношения осуществляется, когда скорость транспортного средства ниже первой скорости.

7. Способ по п.6, в котором коробка передач установлена в начальное передаточное отношение, по существу, сразу после того, как начальное передаточное отношение было определено.

8. Способ по п.1 или 2, который применяется, когда транспортное средство находится в состоянии покоя.

9. Способ по п.3, который применяется, когда транспортное средство находится в состоянии покоя.

10. Способ по любому из пп.1 и 2, 5 или 6, в котором коробка передач содержит множество отдельных передач, и выбор второго более высокого передаточного отношения осуществляется путем установки коробки передач в более низкую передачу, чем передача, соответствующая первому передаточному отношению.

11. Система управления для автоматического управления коробкой передач транспортного средства, имеющего коробку передач, которая соединена с двигателем внутреннего сгорания и которая может быть установлена в несколько различных передаточных отношений, при этом выбор системы управления передаточного отношения подвержен влиянию водителя транспортного средства, и система управления выполнена с возможностью выбора начального передаточного отношения для приведения транспортного средства в движение из состояния покоя, отличающаяся тем, что система содержит
средства для определения первого начального передаточного отношения,
средства для определения второго начального передаточного отношения, указанного водителем транспортного средства, которое является передаточным отношением, при котором двигалось транспортное средство, когда оно было приведено к остановке, и
средства для установки коробки передач во второе начальное передаточное отношение, указанное водителем транспортного средства, когда оно выше, чем первое начальное передаточное отношение, определенное системой управления.

12. Транспортное средство, отличающееся тем, что оно содержит систему по п.11.