СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ Российский патент 2020 года по МПК B60K6/00 B60W10/04 F02B75/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу управления транспортным средством, имеющим привод на ведущие колеса, который содержит двигатель с переменным рабочим объемом, который присоединен к ведущим колесам транспортного средства через трансмиссию.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Термин «двигатель с переменным рабочим объемом» в материалах настоящей заявки используется для указания ссылкой на двигатель, имеющий деактивацию цилиндров, то есть, двигатель, у которого может избирательно предотвращаться воспламенение и внесение вклада в мощность на выходном валу в одном или более цилиндров. Деактивация цилиндров может выполняться многообразием способов как в двигателях с искровым зажиганием, так и в дизельных двигателях посредством управления топливоснабжением, а в некоторых случаях, также посредством модификации установки фаз клапанного распределения. Способ, которым меняется рабочий объем двигателя, не является фундаментально важным для настоящего изобретения и не нуждается в том, чтобы быть подробно описанным в материалах настоящей заявки.

Когда транспортное средство оборудовано двигателем с переменным рабочим объемом, есть специальные области регулировочной характеристики числа оборотов/нагрузки, только в пределах которых он должен эффективнее действовать при деактивации цилиндров.

Фиг. 1 сопроводительных чертежей является графиком числа оборотов двигателя в зависимости от крутящего момента двигателя, на котором выделен диапазон, в пределах которого эксплуатация в режиме деактивации цилиндров (VDE) более эффективна. В пределах диапазона, в котором большая VDE более эффективна, улучшение эффективности использования топлива не является постоянным и, как показано на фиг. 1, улучшение эффективности снижается с повышением требования крутящего момента.

В условиях динамичного вождения, особенно когда двигатель действует поблизости от порогового значения для режима вывода из работы VDE, то есть, от периметра диапазона, выделенного на фиг. 1, частое переключение может происходить между режимом VDE и нормальным режимом (то есть, воспламенением во всех цилиндрах). За исключением приведения в замешательство водителя такими частыми переключениями режима, они подвергают компоненты двигателя износу и оказывают воздействие на долговечность двигателя. Контрмеры, необходимые для улучшения надежности, оказывали бы влияние на стоимость системы.

Сущность изобретения

Предлагается способ управления транспортным средством, имеющим привод на ведущие колеса, который содержит двигатель с переменным рабочим объемом, имеющий коленчатый вал, присоединенный к ведущим колесам транспортного средства через трансмиссию, и вспомогательную машину, присоединенную непосредственно к коленчатому валу двигателя и к устройству накопления энергии, двигатель способен к эксплуатации в нормальном режиме или в состоянии деактивации цилиндров (VDE) в зависимости от преобладающего требования крутящего момента и числа оборотов двигателя, в каком способе, режим двигателя переключается из режима деактивации цилиндров (VDE) в нормальный режим, когда требование крутящего момента и число оборотов двигателя находятся за пределами внешнего диапазона, определенного первым пороговым значением (T_out), и переключается из нормального режима в режим VDE, когда требование крутящего момента и число оборотов двигателя находятся в пределах внутреннего диапазона, лежащего в пределах внешнего диапазона и определенного вторым пороговым значением (T_in), и при этом, при эксплуатации в пределах полосы требования крутящего момента и числа оборотов двигателя между двумя пороговыми значениями, вспомогательная машина отбирает энергию из устройства накопления энергии и дополняет крутящий момент на выходном валу из двигателя, если работает в режиме VDE, и получает крутящий момент с коленчатого вала двигателя, если двигатель работает в нормальном режиме. Причем вспомогательная машина является электрической машиной, способной избирательно действовать в качестве электродвигателя и генератора, а устройством накопления энергии является аккумуляторная батарея. Причем по меньшей мере одно из первого и второго пороговых значений является переменным в зависимости от состояния заряда устройства накопления энергии.

С намерением уменьшения вышеизложенных недостатков посредством снижения частоты переключения режимов, настоящее изобретение предусматривает способ управления транспортным средством, имеющим привод на ведущие колеса, который содержит двигатель с переменным рабочим объемом, имеющий коленчатый вал, присоединенный к ведущим колесам транспортного средства через трансмиссию, и вспомогательную машину, присоединенную непосредственно к коленчатому валу двигателя и к устройству накопления энергии, двигатель способен к эксплуатации в нормальном режиме или в состоянии деактивации цилиндров (VDE) в зависимости от преобладающего требования крутящего момента и числа оборотов двигателя, в каком способе, режим двигателя переключается из режима деактивации цилиндров (VDE) в нормальный режим, когда требование крутящего момента и число оборотов двигателя находятся за пределами внешнего диапазона, определенного первым пороговым значением (T_out), и переключается из нормального режима в режим VDE, когда требование крутящего момента и число оборотов двигателя находятся в пределах внутреннего диапазона, лежащего в пределах внешнего диапазона и определенного вторым пороговым значением (T_in), и при этом, при эксплуатации в пределах полосы требования крутящего момента и числа оборотов двигателя между двумя пороговыми значениями, вспомогательная машина отбирает энергию из устройства накопления энергии и дополняет крутящий момент на выходном валу из двигателя, если работает в режиме VDE, и получает крутящий момент с коленчатого вала двигателя, если двигатель работает в нормальном режиме.

В варианте осуществления изобретения, вспомогательная машина является электрической машиной, способной избирательно действовать в качестве электродвигателя и генератора, а таким устройством накопления энергии является аккумуляторная батарея. Однако, следует отметить, что вспомогательная машина не обязательно должна быть электрической и, например, может быть насосом/двигателем, присоединенным к цилиндру со сжатым воздухом, служащему в качестве устройства накопления энергии.

В противоположность архитектуре привода на ведущие колеса большинства транспортных средств с электрическим гибридным приводом, электрическая машина в настоящем изобретении постоянно присоединена к коленчатому валу двигателя. Следовательно, она не может и не требуется для приведения в движение транспортного средства, когда двигатель не действует. Электрической машине необходимо быть всего лишь небольшим компактным блоком, сопоставимым по габаритам и мощности в ваттах с генератором переменного тока, и аккумуляторная батарея, подобным образом, может быть относительно небольшой, так как не требуется, чтобы питала энергией перемещение транспортного средства на сколько-нибудь значительное расстояние.

Функция вспомогательной машины состоит в том, чтобы приводить выходной крутящий момент двигателя в соответствие требованию крутящего момента в пределах полосы переключения, внутреннее и внешнее пороговые значения которой предназначены для минимизации частоты переключения. Электрическая машина также дает двигателю возможность экономично снабжаться топливом в пределах этой полосы, даже если требование крутящего момента может находиться за пределами рабочего диапазона, где эффективен режим VDE.

Преимущественно, по меньшей мере одно из первого и второго пороговых значений может быть переменным в зависимости от состояния заряда устройства накопления энергии.

В различных противопоставленных материалах предшествующего уровня техники, например, в US 8,464,690, в транспортных средствах с электрическим гибридным приводом было предложено использовать электродвигатель во время переключений между режимом VDE и нормальным режимом для сглаживания перехода. Такие транспортные средства с гибридным приводом отличаются от настоящего изобретения тем, что нет полосы, в пределах которой электрическая машина постоянно действует, чтобы приводить крутящий момент двигателя в соответствие требованию крутящего момента.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение далее будет дополнительно описано в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1, как описано ранее, является графиком числа оборотов двигателя в зависимости от крутящего момента на выходном валу двигателя, показывающим диапазон, в пределах которого традиционно происходит эксплуатация в режиме VDE,

фиг. 2 - график, подобный таковому по фиг. 1, иллюстрирующий стратегию, перенятую способом по настоящему изобретению, для снижения частоты переключения режимов,

фиг. 3 - блок-схема последовательности операций способа, показывающая способ управления по изобретению, и

фиг. 4 показывает архитектуру системы привода на ведущие колеса транспортного средства, к которой может быть применен способ управления по изобретению.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Архитектура привода на ведущие колеса транспортного средства, управляемого с использованием способа по изобретению, показана на фиг. 4. Двигатель 10 присоединен через сцепление 12 к трансмиссии 14, которая, в свою очередь, присоединена к ведущим колесам 16.

В разных известных архитектурах транспортных средств с гибридным приводом, электродвигатель присоединен к входной или выходной стороне трансмиссии ниже по потоку от сцепления 12, с тем чтобы давать ведущим колесам возможность приводиться в движение двигателем, электродвигателем или комбинацией этих двух.

В противоположность, в настоящем изобретении вспомогательная машина 18 постоянно присоединена к двигателю 10, то есть, выше по потоку от сцепления 12, так чтобы она всегда вращалась двигателем 10, и эти два не могли действовать независимо.

Соединение между вспомогательной машиной и коленчатым валом двигателя может иметь место на любой стороне двигателя, чтобы удовлетворять компоновочным требованиям внутри моторного отсека.

Изобретение особенно пригодно для меньших двигателей, и на фиг. 4 двигатель 10 является трехцилиндровым четырехтактным двигателем с искровым зажиганием, у которого один из цилиндров может быть деактивирован. Однако, двигатель может иметь любое количество цилиндров, и может быть дизельным, и он может действовать в двухтактном цикле.

Способ деактивации цилиндров также не имеет важности в настоящем изобретении, но желательно не деактивировать всегда один и тот же цилиндр при переключении в режим VDE.

Трансмиссия 14 может быть ручной или автоматической и, в последнем случае, сцепление 12 может быть заменено гидротрансформатором.

Вспомогательная машина 18 является электродвигателем/генератором, присоединенным к аккумуляторной батарее, служащей в качестве устройства 20 накопления энергии. В качестве альтернативы, она может быть насосом/двигателем на сжатом воздухе, присоединенным к резервуару, служащему в качестве устройства накопления энергии.

На фиг. 1, есть резкая граница, определяющая диапазон VDE, и диапазон вывода из работы цилиндров ограничен одиночным пороговым значением по обеим сторонам. Всякий раз, когда транспортное средство эксплуатируется около границы диапазона VDE, небольшое изменение числа оборотов или крутящего момента двигателя будет вызывать переключение режимов. Следовательно, переключение режимов может происходить часто, и это имеет нежелательные эффекты NVH (шума, вибрации, неплавности хода), которые приводят в замешательство водителя и дают в результате повышенный износ двигателя и уменьшенную долговечность двигателя.

Для уменьшения этой проблемы, способ по изобретению определяет полосу 30, которая окружает диапазон VDE, которая показана затушеванной на фиг. 2 и ограничена внутренним пороговым значением T_in и внешним пороговым значением T_out. Переключение из режима VDE в нормальный режим не происходит до тех пор, пока рабочая точка двигателя не находится полностью за пределами полосы 30, а переключение в режим VDE из нормального режима не происходит до тех пор, пока рабочая точка двигателя не находится внутри T_in.

Переход между режимами работы происходит в пределах полосы 30, внутри которой вспомогательная машина вступает в действие, чтобы модифицировать крутящий момент, приложенный двигателем 10 к трансмиссии 14.

Если рабочая точка двигателя, который находится в нормальном режиме, достигает внешнего порогового значения T_out, он не переключается в режим VDE, но остается в нормальном режиме. В это время, вспомогательная машина включена, чтобы действовать в качестве генератора. Это снижает крутящий момент, передаваемый на ведущие колеса, и одновременно подзаряжает аккумуляторную батарею. Двигатель переключается в режим VDE, только когда требование крутящего момента достигает внутреннего порогового значения T_in.

Если теперь рабочая точка двигателя вновь вернется в полосу 30, нормальный режим не возобновляется. Взамен, вспомогательная машина 18 действует в качестве электродвигателя и использует энергию, полученную из аккумуляторной батареи, для дополнения отдаваемой мощности двигателя.

Посредством использования двух разных пороговых значений вместо только одного для определения, следует или нет переключаться между режимами работы, изобретение предоставляет частоте переключения возможность значительно уменьшаться, уменьшение частоты переключения возрастает с увеличением ширины полосы. Более того, посредством дополнения мощности на выходном валу двигателя, в то время как в режиме VDE, способ увеличивает диапазон, в котором улучшение эффективности получается посредством вывода из работы цилиндров.

Способ по изобретению дополнительно пояснен блок-схемой последовательности операций способа по фиг. 3, которая показывает решения, принимаемые программно реализованной программой, для определения режима работы двигателя и того, функционирует ли вспомогательная машина в качестве электродвигателя или генератора.

Как может быть видно, блок-схема последовательности операций способа симметрична вокруг центральной линии, причем, левая сторона представляет собой эксплуатацию в режиме VDE, а правая сторона - эксплуатацию в нормальном режиме.

При условии, что двигатель работает в режиме VDE, сначала на вершине 110 принятия решения блок-схемы определяется, находится ли рабочая точка двигателя в пределах порогового значения T_in. Проиллюстрированная граница T_in может быть определена четырьмя векторами и, в этом случае, находится или нет рабочая точка в пределах границы, может определяться с использованием простых математических алгоритмов. Однако, диапазон VDE может иметь любую желательную неправильную форму, определенную опытным путем, в каком случае, двумерная справочная таблица может использоваться для определения, находится или нет рабочая точка двигателя в пределах T_in.

Если рабочая точка определена на вершине 112 принятия решения блок-схемы, пересекшей пороговое значение T_in, то дополнительное решение принимается на вершине 112, чтобы определять, находится ли рабочая точка в пределах полосы 30, то есть, не было ли уже превышено пороговое значение T_out. Если это имеет место, режим вывода из работы цилиндров сохраняется, но, на вершине 114 блок-схемы, вспомогательная машина 118 эксплуатируется в качестве электродвигателя, чтобы дополнять мощность на выходном валу двигателя.

Если на вершине 112 блок-схемы определено, что пороговое значение T_out было превышено, тогда и только тогда система управления дает двигателю команду, на вершине 116 блок-схемы, возвращаться в нормальный режим.

Когда двигатель является действующим в нормальном режиме на правой стороне блок-схемы последовательности операций способа, и он приближается к диапазону VDE с любого направления, первым пороговым значением, которое будет пересекаться, было бы пороговое значение T_out. Это определяется на вершине 120 принятия решения блок-схемы.

После того, как было определено, что внешнее пороговое значение T_out было пересечено, вершина 122 принятия решения блок-схемы определяет, действует ли двигатель в пределах полосы 30 или в пределах внутреннего порогового значения T_in. Если действует в пределах полосы 30, вспомогательная машина включается в качестве генератора на вершине 124 блок-схемы, чтобы заряжать аккумуляторную батарею и уменьшать мощность, передаваемую на ведущие колеса. Когда, в итоге, пересечено внутреннее пороговое значение T_in, система управления дает двигателю, на вершине 126 блок-схемы, команду переключиться в режим VDE.

Группа изобретений относится к области транспортного машиностроения. Варианты способа управления транспортным средством содержат этапы, на которых: управляют вспомогательным устройством для накопления энергии в устройстве накопления энергии в зависимости от работы двигателя в нормальном режиме; управляют вспомогательным устройством, приводимым в действие устройством накопления энергии, для подачи крутящего момента на коленчатый вал в зависимости от работы в режиме VDE. Транспортное средство содержит двигатель, вспомогательное устройство и контроллер. Двигатель работает в режиме переменного рабочего объема. Вспомогательное устройство соединено с коленчатым валом двигателя. Контроллер выполнен с возможностью работы вспомогательного устройства для подачи крутящего момента на коленчатый вал, когда двигатель работает в режиме VDE в зависимости от потребности в крутящем моменте и числе оборотов двигателя. Достигается улучшение надежности работы двигателя транспортного средства с переменным рабочим объемом. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления транспортным средством, имеющим двигатель, работающий в режиме переменного рабочего объема (VDE), и вспомогательное устройство, присоединенное непосредственно к коленчатому валу двигателя и соединенное с устройством накопления энергии, способ содержит этапы, на которых:

управляют вспомогательным устройством для накопления энергии в устройстве накопления энергии в зависимости от работы двигателя в нормальном режиме, когда потребность в крутящем моменте и числе оборотов двигателя находится в пределах первой границы крутящего момента и числа оборотов VDE, но за пределами второй границы крутящего момента и числа оборотов VDE, причем вторая граница крутящего момента и числа оборотов VDE содержится в пределах первой границы крутящего момента и числа оборотов VDE; и

управляют вспомогательным устройством, приводимым в действие устройством накопления энергии, для подачи крутящего момента на коленчатый вал в зависимости от работы в режиме VDE, когда потребность в крутящем моменте и числе оборотов двигателя превышает вторую границу крутящего момента и числа оборотов VDE, но находится в пределах первой границы крутящего момента и числа оборотов VDE.

2. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере одна из первой и второй границ крутящего момента и числа оборотов VDE изменяется в зависимости от состояния накопления энергии устройства накопления энергии.

3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором переключают работу двигателя из нормального режима в режим VDE в зависимости от потребности в крутящем моменте и числе оборотов двигателя, смещающейся в пределах второй границы крутящего момента и числа оборотов VDE.

4. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором переключают работу двигателя из режима VDE в нормальный режим в зависимости от потребности в крутящем моменте и числе оборотов двигателя, смещающейся за пределы первой границы крутящего момента и числа оборотов VDE.

5. Способ по п. 1, в котором вспомогательное устройство содержит электрическую машину, а устройство накопления энергии содержит аккумуляторную батарею, причем способ содержит работу электрической машины в качестве генератора для накопления энергии в аккумуляторной батарее.

6. Способ по п. 5, в котором способ содержит работу электрической машины в качестве электродвигателя, приводимого в действие аккумуляторной батареей, для подачи крутящего момента на коленчатый вал.

7. Способ по п. 1, в котором работа двигателя в режиме VDE включает в себя отключение по меньшей мере одного цилиндра двигателя.

8. Способ управления транспортным средством, имеющим двигатель, работающий в режиме переменного рабочего объема (VDE), способ содержит этапы, на которых:

при работе в режиме VDE подают крутящий момент от вспомогательного устройства в зависимости от потребности в крутящем моменте и числе оборотов, находящейся между первой и второй границами крутящего момента и числа оборотов, причем вторая граница содержит первую границу; и

при работе в нормальном режиме накапливают энергию от вспомогательного устройства в зависимости от потребности, находящейся между первой и второй границами.

9. Способ по п. 8, в котором подача крутящего момента от вспомогательного устройства содержит управление электрической машиной для работы в качестве электродвигателя, работающего от аккумуляторной батареи.

10. Способ по п. 8, в котором накопление энергии от вспомогательного устройства содержит управление электрической машиной для работы в качестве генератора для накопления энергии в аккумуляторной батарее.

11. Способ по п. 8, в котором первая и вторая границы крутящего момента и числа оборотов меняются в зависимости от состояния накопления энергии вспомогательного устройства.

12. Способ по п. 8, дополнительно содержащий этап, на котором управляют двигателем для переключения из режима VDE в нормальный режим в зависимости от потребности в крутящем моменте и числе оборотов двигателя, смещающейся за пределы второй границы крутящего момента и числа оборотов.

13. Способ по п. 8, дополнительно содержащий этап, на котором управляют двигателем для переключения из нормального режима в режим VDE в зависимости от потребности в крутящем моменте и числе оборотов двигателя, смещающейся в пределах первой границы крутящего момента и числа оборотов.

14. Способ по п. 8, в котором вспомогательное устройство непосредственно прикреплено к коленчатому валу двигателя.

15. Транспортное средство, содержащее:

двигатель, работающий в режиме переменного рабочего объема (VDE);

вспомогательное устройство, непосредственно соединенное с коленчатым валом двигателя;

контроллер, выполненный с возможностью работы вспомогательного устройства для подачи крутящего момента на коленчатый вал, когда двигатель работает в режиме VDE, в зависимости от потребности в крутящем моменте и числе оборотов двигателя, находящейся между первой и второй границами крутящего момента и числа оборотов, причем первая граница содержится в пределах второй границы.

16. Транспортное средство по п. 15, в котором контроллер дополнительно выполнен с возможностью управлять вспомогательным устройством для накопления энергии в устройстве накопления энергии, когда двигатель работает в нормальном режиме, в зависимости от потребности в крутящем моменте и числе оборотов, находящейся между первой и второй границами крутящего момента и числа оборотов.

17. Транспортное средство по п. 16, в котором вспомогательное устройство содержит электрическую машину.

18. Транспортное средство по п. 17, в котором устройство накопления энергии содержит аккумуляторную батарею.

19. Транспортное средство по п. 16, в котором вспомогательное устройство содержит электрическую машину, устройство накопления энергии содержит аккумуляторную батарею, и причем первая и вторая границы изменяются в соответствии с состоянием заряда аккумуляторной батареи.

20. Транспортное средство по п. 16, в котором контроллер дополнительно выполнен с возможностью:

переключения из режима VDE в нормальный режим в зависимости от потребности в крутящем моменте и числе оборотов двигателя, смещающейся за пределы второй границы крутящего момента и числа оборотов; и

переключения из нормального режима в режим VDE в зависимости от потребности в крутящем моменте и числе оборотов двигателя, смещающейся в пределах первой границы крутящего момента и числа оборотов.