BR112012005608B1

BR112012005608B1 - Método e sistema para controle de uma caixa de marchas, meio legível por computador e veículo

Info

Publication number: BR112012005608B1
Application number: BR112012005608-5A
Authority: BR
Inventors: Fredrik Swartling; Mikael Wågberg
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2021-03-23
Also published as: EP2478271A1; SE1050956A1; CN102575762B; SE1050957A1; US8694216B2; CN102575762A; BR112012005609B1; CN102686914A; RU2012114596A; CN102575758B; BR112012005608A2; EP2478264A1; SE534824C2; US8620540B2; CN102686915A; CN102686915B; RU2515952C2; US20120179343A1; EP2478271A4; EP2478270A1

Abstract

método para controle de uma caixa de marchas a presente invenção se refere a um método para controle de uma caixa de marchas, caixa de marchas (20) a qual se destina a ser instalada em um veículo a motor (1) caracterizado por realização de uma redução de marcha da referida caixa de marchas (20) de uma primeira marcha (g1), para a qual a aceleração a do referido veículo (1) é negativa, para uma segunda marcha (g2), para a qual a aceleração a é positiva ou igual a nula, redução de marcha a qual envolve pelo menos um passo de marcha intermediário entre as referidas primeira marcha (g1) e a segunda marcha (g2), com uma velocidade máxima de motor em cada passo de marcha intermediário que é tão alta quanto, ou mais alta do que a maior velocidade do motor em um passo de marcha intermediário. a presente invenção se refere também a um sistema, um veículo a motor, um programa de computador e um produto de programa de computador.

Description

MÉTODO E SISTEMA PARA CONTROLE DE UMA CAIXA DE MARCHAS, MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR E VEÍCULO

Campo Técnico

[001] A presente invenção se refere a um método para controle de uma caixa de marcha. Em particular, A presente invenção se refere a um método de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. A presente invenção se refere ainda a um sistema, um veículo a motor, um programa de computador e um produto de programa de computador.

Antecedentes da invenção

[002] A Figura 1 representa esquematicamente partes de um sistema de transmissão para um veículo a motor 10, tal como um carro de passeio ou um veículo pesado 1, por exemplo, um caminhão ou ônibus. O sistema de transmissão compreende um motor mecanicamente acoplado por um eixo a uma primeira extremidade de uma caixa de marcha 20 via um dispositivo de embreagem 40. A caixa de marcha 20 é também mecanicamente conectada, em sua outra extremidade, através de um eixo propulsor 50, a uma marcha diferencial 30 associada a um eixo de roda traseira. O eixo de roda traseira compreende respectivos eixos de direção esquerdo e direito 60, os quais acionam as rodas do veículo (não representado no diagrama).

[003] Com essa configuração bem definida, o trabalho mecânico do motor 10 é transmitido, via diversos dispositivos de transmissão, por exemplo, o dispositivo de embreagem 40, caixa de marcha 20, eixo propulsor 50, marcha diferencial 30 e eixos de direção 60, às rodas de forma a mover o veículo 1. Um dispositivo importante no sistema de transmissão é a caixa de marchas 20, a qual tem uma série de marchas dianteiras para movimento do veículo 1 para frente e usualmente também uma ou mais marchas a ré. O número de marchas dianteiras varia, mas tipos modernos de caminhão são, por exemplo, usualmente dotados de doze marchas dianteiras.

[004] A caixa de marcha 20 pode ser do tipo manual ou automático (caixa de marcha automática), mas também do tipo caixa de marcha manual automática (transmissão manual automática, Automatic Manual Transmission - AMT). Caixas de marcha automáticas e caixas de marcha manuais automáticas são sistemas de caixa de marcha automatizados usualmente controlados por uma unidade de controle 110, algumas vezes também denominada unidade de controle eletrônico (Electronic Control Unit - ECU), a qual é adaptada para controle da caixa de marcha 20, por exemplo, durante troca de marcha para escolha da marcha em uma determinada velocidade do veículo com uma determinada resistência de movimento. A ECU pode medir a velocidade do motor 10 e o estado da caixa de marcha 20 e controlar a caixa de marcha 20 por meio de válvulas solenóides conectadas a dispositivos de ar comprimido. Informação sobre o motor 10, por exemplo, sua velocidade e torque, também é enviada do motor 10 para a ECU, por exemplo, via um CAN bus (Controller Area Network) no veículo 1.

[005] Em sistemas de troca de marcha convencionais, a unidade de controle 110 usa limites de velocidade do motor tabulados, também denominados pontos de câmbio, os quais representam a velocidade do motor na qual uma redução de marcha ou uma troca de marcha ascendente deverá ser realizada na caixa de marcha 20. Isso significa que o sistema troca a marcha quando a velocidade do motor 10 passa uma velocidade representada por um ponto de câmbio. Os pontos de câmbio podem, portanto, ser construídos como fornecendo informação não apenas sobre quando uma redução de marcha ou uma troca de marcha ascendente ocorrerá, mas também sobre o número de etapas de marcha a serem realizadas em cada redução de marcha ou troca de marcha ascendente. É usual que cada ponto de câmbio compreenda uma a três etapas de marcha, embora mais etapas sejam possíveis.

[006] A Figura 2 representa um exemplo de vários pontos de câmbio tabulados representados pelas linhas SP1-SP6 em um gráfico, onde o eixo x representa o torque do motor e o eixo y a velocidade do motor 10 em revoluções por minuto (rpm). Enquanto a velocidade atual do motor está entre as linhas de câmbio SP1 e SP4, nenhuma troca de marcha ocorre mas, se a velocidade atual do motor passa uma linha de troca de marcha ascendente, SP1-SP3, um troca de marcha ascendente é iniciada e, inversamente, uma redução de marcha é iniciada se a velocidade atual do motor cai abaixo de uma linha de redução de marcha, SP4-SP6.

[007] A Tabela 1 abaixo mostra uma série de etapas de redução ou troca de marcha ascendente para cada uma das linhas SP1-SP6 na Figura 2. Por exemplo, uma redução de marcha em uma etapa ocorre se a velocidade do motor se eleva acima da linha SP1 e uma redução de marcha em duas etapas ocorre se a velocidade do motor cai abaixo da linha SP5.

Tabela 1: Números de etapas de marcha para linhas de redução de marcha e troca de marcha ascendente SP1-SP6

[008] Escolhas do ponto de câmbio afetam, inter alia, as características de movimento, aceleração, conforto e consumo de combustível para o veículo 1, de modo que os pontos de câmbio têm de ser precisamente calibrados pelos fabricantes de veículo. Essa calibração envolve, em geral, várias estratégias de troca de marcha sendo testadas no campo em diferentes situações de direção, por exemplo, com diferentes quantidades de aceleração aplicadas, diferentes gradientes de rodagem e diferentes pesos combinados do veículo. Os resultados do teste têm, então, de ser totalmente analisados para determinar pontos de câmbio apropriados, o qual consome muito tempo, uma vez que há um número quase infinito de combinações de diferentes sistemas de transmissão, situações de direção e pesos de veículo.

Breve Descrição da Invenção

[009] Um objetivo da presente invenção é propor um método para controle de uma caixa de marcha o qual resolve, parcial ou totalmente, os problemas do estado da técnica. Outro objetivo da presente invenção é propor um método alternativo para controle de uma caixa de marcha.

[0010] De acordo com um aspecto da presente invenção, os objetivos acima são obtidos com um método para controle de uma caixa de marcha destinada a ser instalada em um veículo a motor, método o qual realiza uma redução de marcha da referida caixa de marcha a partir de uma primeira marcha, para a qual a aceleração a do referido veículo é negativa, para uma segunda marcha para a qual a aceleração a é positiva ou substancialmente igual a nula, redução de marcha a qual envolve pelo menos uma etapa de marcha intermediária entre as referidas primeira e segunda marchas, uma velocidade de motor para mudar a etapa em uma etapa intermediária sendo mais alta do que a velocidade do motor para mudar a etapa em uma etapa intermediária precedente.

[0011] Várias modalidades do método acima são definidas nas reivindicações dependentes em anexo à reivindicação 1.

[0012] A presente invenção se refere também a um programa de computador o qual compreende código de programa e o qual, quando o referido código de programa é executado em um computador, faz com que o referido computador realize o método acima para controle de uma caixa de marcha. A presente invenção se refere também a um produto de programa de computador pertencendo ao referido programa de computador.

[0013] De acordo com outro aspecto da presente invenção, os objetivos acima são atingidos com um sistema para controle de uma caixa de marcha, sistema o qual compreende pelo menos uma unidade de controle destinada a controlar uma caixa de marcha em um veículo a motor, cujo sistema é adaptado para realizar uma redução de marcha da referida caixa de marcha, de uma primeira marcha para a qual a aceleração a do referido veículo é negativa, para uma segunda marcha para a qual a aceleração a é positiva ou igual a nula, redução de marcha a qual envolve pelo menos uma etapa de marcha intermediária entre as referidas primeira e segunda marchas, com uma velocidade máxima do motor em cada etapa intermediária que é tão alta quanto, ou maior do que, a mais alta velocidade do motor em uma etapa intermediária precedente.

[0014] O sistema de acordo com a presente invenção pode também ser modificado de acordo com as várias modalidades do método acima. A presente invenção se refere também a um veículo a motor compreendendo pelo menos um sistema conforme acima.

[0015] Uma vantagem da presente invenção é marcha de subida aprimorada em que a velocidade do veículo no momento de iniciar a subida é utilizada, tornando possível se reduzir não só o consumo de combustível mas também o número de mudanças de marchas. O condutor irá também observar que o veículo está potente no sentido de que a maior velocidade do motor em cada etapa de marcha intermediária é tão alta quanto ou mais alta do que ou a mais alta velocidade do motor em uma etapa intermediária precedente de subida. E deste modo utiliza o rendimento máximo de potência do motor de modo eficaz.

[0016] Outras vantagens e aplicações de um método e um sistema de acordo com a presente invenção são indicadas pela descrição detalhada apresentada abaixo.

[0017] Breve Descrição dos Desenhos

[0018] A presente invenção é descrita com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

- a Figura 1 representa esquematicamente parte de um sistema de transmissão para um veículo a motor;
- a Figura 2 é um gráfico de linhas de redução de marcha e troca de marcha ascendente;
- a Figura 3 é um fluxograma de uma modalidade da presente invenção;
- a Figura 4 representa um exemplo de redução de marcha de uma primeira marcha G1 para uma segunda marcha G2 de acordo com a presente invenção; e
- a Figura 5 representa uma unidade de controle que forma parte de um sistema de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada da presente invenção

[0019] Sistemas de troca de marcha convencionais descritos acima escolhem as marchas de acordo com as condições de movimento que prevalecem, usando pontos de câmbio fixos, tal como representado na Figura 2. Se o veículo 1 está, por exemplo, realizando uma subida e a marcha atual não é apropriada porque o veículo está perdendo velocidade de subida, o sistema de troca de marcha tem de escolher uma marcha diferente para que o veículo 1 se mova.

[0020] Um problema nessa situação é aquele de escolher uma marcha a qual resulta em baixo consumo de combustível, mas também faz com que o motor 10 se mova em uma velocidade a qual confere potência suficiente para que o motorista sinta que o veículo 1 está potente por toda a subida. Potente significa, aqui, que a velocidade do motor 10 está próxima de sua velocidade de potencia máxima.

[0021] Uma vez que veículos 1 podem ter diferentes especificações, por exemplo, relação de caixa de marcha, relação de eixo de roda traseira e raio de roda, a mesma velocidade do veículo pode ser obtida em diferentes velocidades do motor para veículos 1 com diferentes especificações. Isso torna o uso de pontos de câmbio fixos problemático pelo fato de que eles podem se adequar à determinadas especificações do veículo, mas não a outras. O mesmo tipo de problema pode também surgir se, por exemplo, um veículo 1 muda de um raio de roda para outro, resultando em uma relação de transmissão global diferente.

[0022] Uma situação a qual pode, portanto, surgir quando um veículo 1 está trafegando em uma subida é que uma redução de marcha pode ocorrer muito cedo ou muito tarde porque os pontos de câmbio fixos não são apropriados a uma determinada especificação do veículo. Uma redução de marcha muito cedo pode fazer com que o veículo 1 pareça "dar trancos", isto é, mude de marcha muito frequentemente e se torne instável, juntamente com consumo aumentado de combustível. Uma redução de marcha muito tarde significa que a potência do motor 10 não é utilizada de uma forma ótima, uma vez que o veículo 1 perde mais velocidade do que o necessário.

[0023] A presente invenção, portanto, se refere a um método o qual implementa uma estratégia de troca de marcha para uma caixa de marcha 20 e o qual elimina, total ou parcialmente, as desvantagens do estado da técnica. A caixa de marcha 20 é, de preferência, do tipo o qual forma parte de um sistema de troca de marcha automatizado controlado por uma unidade de controle 110 (ECU). Em tal sistema, trocas de marcha são realizadas automaticamente pela unidade de controle 110, mas também é usual que o motorista seja capaz de executar trocas de marcha manuais em tal sistema de troca de marcha automatizado, isso sendo conhecido como troca de marcha manual em estado automático (modo automático). A caixa de marcha 20 também compreende uma pluralidade de marchas, por exemplo, 12 marchas dianteiras e uma ou mais marchas a ré.

[0024] O conceito com um método de acordo com a presente invenção é que uma estratégia de redução de marcha é aplicada, pela qual o sistema de troca de marcha muda de uma primeira marcha G1, para a qual a aceleração a do veículo 1 é negativa (marcha com déficit de energia), para uma segunda marcha inferior G2, para a qual a aceleração a do veículo 1 é positiva ou igual a nula, via uma ou mais etapas de marcha intermediárias. De acordo com a presente invenção, uma velocidade de motor para mudar a marcha em uma etapa intermediária tem que ser maior do que a velocidade do motor para mudar a marcha em uma etapa intermediária precedente, o que quer dizer que a velocidade do motor quando muda a etapa aumenta para cada etapa intermediária.

[0025] Um condutor do veículo 1 perceberá que um processo de redução de marcha é potente e que o veículo 1 "se aplica”, por exemplo, em uma ascensão, uma vez que o mesmo irá correr mais em um rendimento de potência máxima do motor 10 para cada etapa intermediária sucessiva durante a redução de marcha. Desde que a velocidade de rendimento de potência máxima do motor 10 (com frequência cerca de 1800 rpm para caminhões) não seja excedida, uma velocidade mais alta significará que o motor 10 envia mais potência. O motor 10 assim se torna e é percebido ser mais potente quanto mais alta a velocidade do motor na qual o veículo 1 está sendo conduzido.

[0026] As expressões "negativa" e "positiva ou igual a nula”, na presente descrição, devem ser tomadas para significar substancialmente "negativa" e substancialmente "positiva ou igual a nula", respectivamente. A razão é que a aceleração a do veículo 1 pode assumir, momentaneamente, um valor o qual é "positivo ou igual a nulo" para a primeira marcha G1, mas a aceleração a média durante um período de tempo pode, todavia, ser negativa. Conforme os especialistas apreciarão, o mesmo também se aplica com relação à aceleração a do veículo 1 quando trafegando com a segunda marcha G2 engatada.

[0027] "Marcha com déficit de energia", na presente descrição, significa uma marcha com uma relação tal que o veículo 1 não tem energia de acionamento suficiente para manter uma velocidade constante nessa marcha. "Marcha em equilíbrio de energia" significa a maior marcha na qual o veículo 1 pode manter uma velocidade constante, isto é, o veículo 1 estando em equilíbrio de energia. Deverá ser notado que a aceleração negativa a na primeira marcha G1 é em virtude do motor 10 não ser capaz de distribuir energia suficiente na primeira marcha G1, resultando em déficit de energia.

[0028] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a mais alta velocidade do motor em uma etapa intermediária é tão alta quanto, ou mais alta do que ou a mais alta velocidade do motor em uma etapa intermediária precedente. A velocidade do motor para cada etapa intermediária está, por exemplo, dentro de uma faixa de 1000 - 2500 rpm para caminhões e ônibus.

[0029] De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma velocidade mais alta do motor em cada etapa intermediária é tão alta quanto ou maior do que uma velocidade mais alta do motor em uma etapa intermediária precedente.

[0030] Ainda de acordo com uma modalidade da presente invenção, a velocidade mais alta do motor em cada etapa de marcha intermediária aumenta em um valor de parâmetro pi. A relação entre a velocidade mais alta do motor em uma etapa intermediária e a velocidade mais alta do motor na etapa intermediária precedente é, de preferência, ωΤi+1, = ωTi + pi, onde ωTi+1 é a velocidade mais alta do motor em uma etapa intermediária e ωTi é a velocidade mais alta do motor na etapa intermediária precedente.

[0031] A velocidade do motor ωTi em uma etapa de marcha intermediária é, assim, a velocidade mais alta do motor a qual o veículo 1 tinha, uma vez que a aceleração a se tornou negativa, isto é, a velocidade mais alta do motor a qual o veículo 1 tinha desde que sofreu um déficit de energia. A referida velocidade do motor ωTi pode ser construída como uma velocidade alvo a qual o sistema de troca de marcha se esforça para atingir após cada etapa intermediária na redução de marcha de acordo com essa modalidade da presente invenção.

[0032] O valor de parâmetro pi, pode também ser construído como um valor de tolerância, uma vez que a velocidade do motor após cada troca de marcha pode se desviar de uma velocidade simulada. A magnitude do valor de tolerância pode também ser variada para influenciar quão rapidamente a referida velocidade do motor ωTi aumentará, por exemplo, para diferentes modos de movimentos, tal como modo econômico ou modo potente. Deverá também ser notado que o valor de parâmetro pi, não precisa ser constante, mas pode ser variável e assumir diferentes valores para diferentes marchas.

[0033] De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, a aceleração a é nula ou substancialmente nula para a segunda marcha G2. A aceleração a, expressa em m/s2 ou rpm/s, para a segunda marcha G2 pode ser comparada com um valor limiar A para verificar se a condição de ser positiva ou nula é preenchida. A aceleração a pode também ser comparada com esse valor limiar A durante um período específico de tempo para evitar desvios momentâneos da aceleração a, o que poderia levar à imprecisão na comparação. Verificação do valor da aceleração a para a segunda marcha pode também ser feita comparando-se uma resistência de movimento calculada com uma força de movimento calculada para decidir se a aceleração a será maior do que ou igual a nula na segunda marcha G2.

[0034] Com relação as etapas de marcha intermediárias no presente método, é possível que um ou mais dos mesmos sejam realizados entre a primeira marcha G1 e a segunda marcha G2 de acordo com uma modalidade da presente invenção. Além disso, o número de etapas entre a primeira marcha G1 e uma etapa intermediária e/ou entre duas etapas intermediárias consecutivas e/ou entre uma etapa intermediária e a segunda marcha G2, pode ser um ou mais.

[0035] De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, o tempo durante o qual cada etapa de marcha intermediária dura é mais longo do que o valor limiar Ti. O quanto o veículo pode se movimentar em uma determinada etapa intermediária pode preferivelmente ser comparado com o valor limiar calibrado especifico de marcha Ti.. Isso significa que, de acordo com uma modalidade da invenção, para que uma marcha intermediária seja considerada como um intermediário permissível entre a primeira marcha G1 e a segunda marcha G2, o veículo 1 tem de ser capaz de se movimentar na mesma durante pelo menos um tempo mais longo do que o valor limiar Ti para essa marcha específica.

[0036] A razão pela qual não é apropriado que o veículo 1 se mova durante um tempo muito curto em uma marcha intermediária é que, quando o veículo 1 muda de marcha, ele perde transmissão de energia do sistema de transmissão e, portanto, perderá velocidade durante o processo real de troca de marcha. Por essa razão, é preferível que tal situação seja evitada, uma vez que o veículo pode perder mais velocidade se o sistema de troca de marcha escolhe mudar de marcha via uma marcha intermediária do que se ele pula a referida marcha intermediária e, antes, muda para uma outra ou mais etapas durante a redução de marcha.

[0037] Realização de uma redução de marcha e, após o que, movimento na marcha resultante durante um tempo muito curto também implica em desconforto para o motorista e quaisquer passageiros, de modo que o sistema de troca de marcha pode usar valores de limiar Ti calibrados específicos para uma marcha, conforme descrito acima. Os referidos valores de limiar Ti calibrados também determinam quão provavelmente o sistema pulará ou não uma marcha intermediária quando do cálculo de uma redução de marcha da primeira marcha G1 para a segunda marcha G2. Quanto maior o valor adotado como um valor limiar Ti calibrado específico para uma marcha, mais provavelmente o sistema pulará uma marcha intermediária enquanto que, quanto menor o valor adotado como o valor limiar Ti, menos provavelmente o sistema pulará uma marcha intermediária. Assim sendo, o valor limiar Ti pode ser usado como um parâmetro para determinação do número de etapas de marcha em cada etapa intermediária e/ou para determinação do número de etapas intermediárias entre a primeira marcha G1 e a segunda marcha G2, de acordo com diferentes modalidades da invenção.

[0038] Valores de tempo para os valores de limiar Ti específicos para uma marcha podem, de preferência, assumir um valor de entre 1 e 15 segundos para veículos pesados 1, por exemplo, caminhões e ônibus, dependendo do comportamento desejado durante redução de marcha, por exemplo, taxa de redução de marcha e ritmo de redução de marcha. Os valores de limiar Ti podem, portanto, ser usados como parâmetros de design na configuração de diferentes comportamentos de redução de marcha do sistema de troca de marcha, uma vez que os valores de limiar Ti determinarão o número de etapas intermediárias e o número de etapas de marcha em cada etapa intermediária como descrito acima.

[0039] De acordo com outra modalidade da invenção, uma etapa de marcha intermediária atual dura a mesma quantidade de tempo conforme uma etapa intermediária imediatamente seguinte, uma vez que a redução de marcha, então, será percebida como sendo consistente e positiva pela maioria dos motoristas. A razão é que os motoristas geralmente não querem que o sistema de troca de marcha faça mudanças de marcha arbitrárias "uma vez ou outra”, onde o veículo pode dar "trancos” e percebido como arbitrário. "Mesma quantidade de tempo", nesse contexto, significa que os respectivos tempos são de extensão aproximadamente igual.

[0040] Os inventores descobriram, em seu trabalho inventivo, que uma velocidade de motor na primeira marcha G1, ωG1, pode ser usada como um parâmetro de entrada para determinação de uma redução de marcha de uma primeira marcha G1 para uma segunda marcha G2 de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção. Essa ωG1 é a velocidade a qual o motor 10 tem quando o veículo 1 está trafegando com a primeira marcha G1 engatada.

[0041] A referida velocidade de motor ωG1 é, de preferência, aquela a qual o veículo 1 tem quando estava em um estado de déficit de energia na primeira marcha G1, por exemplo, quando começa a subir um aclive. Isso significa que a velocidade mais alta do motor na primeira marcha G1 será a referida velocidade ωG1, a qual pode ser construída como uma velocidade do motor na qual uma energia de acionamento relevante na primeira marcha G1 se torna menor do que uma resistência de movimento relevante na mesma marcha. A Figura 4 representa um exemplo da referida velocidade de motor ωG1.

[0042] Uma vantagem dessa modalidade é que, uma vez que o sistema de troca de marcha funciona com base na velocidade do motor a qual o veículo 1 tinha quando começou a subir, isto é, a velocidade do motor a qual o veículo tinha quando sofreu um déficit de energia ωG1, os pontos de câmbio são automaticamente adaptados para obter o mesmo comportamento para diferentes sistemas de transmissão. Por essa razão, calibração de pontos de câmbio não está relacionada a diferentes tipos de motor ou sistemas de transmissão de acordo com a presente invenção, mas apenas a diferentes modos de movimento, por exemplo, modo econômico ou modo potente. A vantagem desse procedimento é que o tempo não precisa estar envolvido na calibração com relação a diferentes tipos de sistemas de transmissão ou motores 10, tornando possível, antes, se concentrar sobre a calibração de um comportamento geral para cada tipo de veículo 1.

[0043] Uma outra vantagem dessa modalidade é que, se o motorista troca manualmente de marcha antes ou durante a subida, o sistema de troca de marcha tratará a velocidade do motor aumentada pelo motorista da mesma maneira conforme se o sistema tivesse feito, em si, uma redução de marcha agressiva. O sistema, assim sendo, continuará a trocar de marcha agressivamente todo o percurso da subida. Isso torna fácil que o motorista controle a forma pela qual a subida do aclive é conduzida, uma vez que um alto valor de velocidade do motor para a primeira marcha G1, ωG1, levará a uma subida de aclive mais agressiva do que uma menor velocidade do motor para a primeira marcha G1 ωG1.

[0044] A Figura 3 é um fluxograma de uma modalidade exemplificada de um método de acordo com a presente invenção. Esse fluxograma é concebido como sendo avaliado continuamente pelo sistema de troca de marcha sempre que o veículo 1 está em déficit de energia, o que significa que o sistema avalia se uma troca de marcha deverá ser realizada ou não, começando a partir da etapa F1 em intervalos predeterminados de tempo.

[0045] A Etapa F1 verifica se a velocidade atual de um motor é maior do que uma velocidade mais alta do motor a qual o veículo 1 tinha desde que estava em déficit de energia, isto é, a < 0. Se esse é o caso, essa velocidade atual do motor é preservada para se tornar uma primeira velocidade mais alta do motor ωΤi, para uso como uma velocidade de referência no processo de troca de marcha.

[0046] A Etapa F2 escolhe uma velocidade mínima do motor ωΜin adequada, a qual não deve cair quando a aceleração a é negativa (isto é, quando o veículo 1 está em déficit de energia) dependendo, inter alia, de quão rapidamente o veículo 1 perde velocidade, o derivado de gradiente de rodagem e o modo de movimento que está sendo usado pelo veículo 1. Por exemplo, uma velocidade mínima do motor ωΜin é escolhida se o derivado de gradiente de rodagem está diminuindo, isto é, quando o veículo 1 está se aproximando do alto de um aclive. A velocidade mínima ωΜin é, de preferência, também escolhida de modo que a velocidade atual do motor nunca caia abaixo da curva de torque máximo do motor 10 a fim de assegurar que a última confere potência suficiente por todo o processo de redução de marcha e de modo a evitar vibrações desconfortáveis do sistema de transmissão.

[0047] A Etapa F3 escolhe uma velocidade máxima do motor ωMax adequada definida como uma velocidade que não deve ser excedida durante o processo de troca de marcha quando a < 0. Essa velocidade máxima ωMax pode, por exemplo, estar relacionada ao consumo de combustível e/ou potência desejada. Para veículos pesados 1, essa velocidade máxima ωMax pode, por exemplo, ser 1600 rpm a fim de assegurar que o consumo de combustível não seja tão alto ou 2100 rpm se a potência máxima é priorizada. Portanto, será apreciado que a referida velocidade máxima ωMax pode depender do modo no qual o veículo 1 está sendo movimentado.

[0048] A Etapa 4 limita a velocidade do motor ωTi, de modo que ela assume um valor dentro da faixa definida pela velocidade mínima ωΜin e a velocidade máxima ωMaχ. Assim, ωTi pode ser configurada para a velocidade mínima ωΜin (ωTi = ωΜin) se ωTi assume um valor abaixo da faixa e para a velocidade máxima ωMax (ωTi = ωMax) se ωTi assume um valor acima da faixa.

[0049] A Etapa 5 busca a segunda marcha G2 calculando para qual de possíveis marchas inferiores adequadas o veículo 1 tem de mudar de forma a assegurar que a aceleração a seja maior do que ou igual a nula nessa marcha, isto é, a ≥ 0. A segunda marcha G2 é calculada pelo sistema de troca de marcha que verifica em qual marcha inferior a energia de acionamento do veículo 1 excede uma resistência de movimento calculada, isto é, a força total que atua contra o veículo 1 em sua direção de movimento. Por razões puramente práticas, a segunda marcha G2 pode ser calculada pelo sistema ao calcular, passo a passo, a força de movimento máxima do veículo para marchas inferiores à primeira marcha G1 e escolhendo a primeira marcha inferior - se o cálculo é feito passo a passo das marchas mais altas para mais baixas - a qual tem uma força de movimento máxima tão grande quanto ou maior do que a resistência de movimento calculada para o veículo 1.

[0050] A Etapa F6 calcula, após o que, a velocidade do motor na segunda marcha G2 na qual a energia de acionamento do veículo 1 excede ou é igual à sua resistência de movimento (a ≥ 0), de forma a ser capaz de decidir quando uma redução de marcha para a segunda marcha G2 deverá ser realizada a fim de assegurar que a velocidade do motor, após a redução de marcha para a segunda marcha G2, esteja próxima da velocidade de equilíbrio imediatamente após a redução de marcha, a velocidade de equilíbrio sendo aquela na qual a aceleração do veículo 1 é substancialmente nula.

[0051] A Etapa F7 calcula quanto tempo o veículo 1 pode se movimentar em cada uma das marchas intermediárias se há uma série delas entre a primeira marcha G1 e a segunda marcha G2. Quanto tempo o veículo 1 pode se movimentar em cada marcha intermediária é comparado com um valor de tempo calibrado específico para uma marcha, isto é, um valor limiar Ti, para cada marcha intermediária. Essas comparações constituem uma base para escolha da marcha intermediária mais alta dentre as marchas intermediárias permissíveis, isto é, as marchas as quais têm um valor de tempo calculado maior do que seu respectivo valor limiar Ti. Deverá ser notado que a marcha escolhida na Etapa F1 é a segunda marcha G2, se nenhuma marcha maior vai de encontro aos requisitos conforme acima.

[0052] Além disso, a Etapa C1 verifica as trocas de marcha a partir da primeira marcha G1 para ver se a velocidade do motor 10 caiu mais do que um valor limite R calibrado a partir da velocidade mais alta do motor a qual o veículo 1 tinha quando ele sofreu um déficit de energia ωΤi. O valor limite R pode variar dependendo do modo de movimento, por exemplo, modo econômico ou modo potente. Apenas quando a velocidade do motor caiu mais do que o valor limite R calibrado (de preferência 1-100 rpm) há uma redução de marcha permissível. Esse valor limite R é usado no processo de modo que o veículo 1 não dê trancos ou fique instável, por exemplo, quando se começa a subir um aclive uma vez que, de outro modo, poderia haver uma redução de marcha tão logo o gradiente de rodagem assim permitisse. Essa verificação na etapa C1 não precisa ser feita a partir de marchas intermediárias, uma vez que o veículo 1, então, já estará sobre um aclive, o que significa que a verificação em C1 é relevante apenas a partir da primeira marcha G1.

[0053] Na Etapa F8, nenhuma redução de marcha ocorre se a verificação em C1 mostra que a velocidade do motor não caiu mais do que o valor limite R. Isso é para impedir que o sistema troque de marcha quando a resistência de movimento aumenta temporariamente, por exemplo, sobre aclives curtos, o que faria com que o veículo 1 desse trancos.

[0054] A Etapa C2 verifica se a velocidade atual do motor está próxima da velocidade mínima ωΜin e, se esse for o caso, uma redução de marcha imediata é realizada na Etapa F9 para a marcha escolhida na Etapa F7, uma vez que há, então, o risco de que o motor caia abaixo da velocidade mínima ωMin.

[0055] Se esse não é o caso, a Etapa F10 prevê a velocidade do motor a qual o veículo 1 terá após uma redução de marcha para a marcha escolhida na Etapa F1, isto é, ωTi+1, se a velocidade atual do motor na Etapa C2 não está abaixo da velocidade mínima ωMin.

[0056] Após o que, a etapa C3 verifica se a velocidade atual do motor ωTi+1, prevista na etapa F10, é menos do que ωTi + pi, a qual é a velocidade mais alta a qual o motor 10 tinha desde que sofreu um déficit de energia e um valor de tolerância pi, de acordo com ωTi+1 = ωTi + pi, i = 1, 2, 3..., conforme descrito acima. Deverá ser notado que, de acordo com essa modalidade da presente invenção, a primeira velocidade mais alta do motor, ωΤi, é a mesma conforme a velocidade mais alta na primeira marcha G1, isto é, ωΤi = ωG1 (vide Etapa F1). A velocidade mais alta do motor na primeira marcha G1, portanto, afetará todo o processo de redução de marcha e, assim, serve como um parâmetro de entrada para o mesmo.

[0057] A Etapa F11 realiza uma redução de marcha para a marcha escolhida na etapa F7 se a verificação na Etapa C3 mostra que a velocidade atual do motor está dentro da faixa I.

[0058] Se esse não é o caso, a Etapa F12 calcula o tempo durante o qual a caixa de marcha 20 pode se movimentar na marcha escolhida na Etapa F7. Em uma aplicação prática, o sistema de troca de marcha calcula quanto tempo o veículo 1 pode se movimentar em cada marcha intermediária da primeira marcha G1 para a segunda marcha G2 e escolhe, após o que, a mais alta dessas marchas intermediárias a qual vai de encontro ao requisito de que esse valor de tempo calculado seja maior do que seu valor limiar calibrado específico para uma marcha, Ti.

[0059] Quando de cálculo de quanto tempo o veículo 1 pode se movimentar em uma marcha intermediária, o sistema pode usar a velocidade mínima ωMin, a qual é a menor velocidade que o motor do veículo 1 não deve cair de modo que, se a velocidade atual do motor cai, por exemplo, ωMin = 1100 rpm, o sistema tem de realizar uma redução de marcha. Ele, então, calcula quanto tempo o veículo 1 pode se movimentar na marcha intermediária a partir da velocidade do motor na qual o sistema está após troca de marcha até o sistema atingir a velocidade mínima, isto é, ωMin = 1100 rpm. O sistema, portanto, calcula quanto tempo o veículo 1 será capaz de se movimentar na marcha intermediária ao processar quão rapidamente o motor 10 perderá velocidade na marcha intermediária com base em conhecimento de sua velocidade mínima ωMin e qual será sua velocidade após troca marcha.

[0060] Finalmente, a Etapa C4 verifica se o tempo calculado na Etapa F12 é tão longo quanto o tempo durante o qual o veículo 1 tem de se movimentar em uma marcha atual, uma vez que a aceleração a se torna negativa. A Etapa F14 realiza uma redução de marcha para a marcha escolhida na Etapa F7 se a verificação em C4 mostra que a resposta é afirmativa. Se a resposta na Etapa C4 é negativa, nenhuma redução de marcha ocorre na Etapa F13.

[0061] A Figura 4 representa um exemplo de uma redução de marcha de um veículo a motor 1 de acordo com a presente invenção, em um diagrama no qual o eixo x representa o tempo e o eixo y a velocidade do motor 10 em rpm. No tempo t1, quando trafegando com a primeira marcha G1 engatada, a veículo empreende uma subida, de modo que um déficit de energia ocorre e a aceleração a do veículo se torna negativa. A velocidade do motor na primeira marcha G1 ωG1 é determinada nesse tempo t1 e pode ser usada como um parâmetro de entrada durante a redução de marcha de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0062] Uma vez que o veículo 1 está em déficit de energia, a velocidade do motor diminui e uma primeira redução de marcha ocorre no tempo t2, fazendo com que a velocidade do motor volte em t3. Nessa próxima marcha também (primeira marcha intermediária), um déficit de energia ocorre e uma outra redução de marcha, necessária para que o veículo 1 suba o aclive, ocorre no tempo t4. Assim, a redução de marcha envolve uma ou mais etapas de marcha intermediárias até que a caixa de marchas 20 atinja uma marcha em equilíbrio de energia, isto é, a segunda marcha G2, no tempo t7 na Figura 4. Nessa segunda marcha G2 (a partir do tempo t8), a aceleração a é substancialmente nula, de modo que o veículo 1 pode manter sua velocidade nessa marcha.

[0063] Deverá também ser notado que a velocidade mais alta do motor para cada marcha intermediária é maior do que ou igual à velocidade mais alta uma vez que o veículo 1 sofreu um déficit de energia, isto é, quando a aceleração a se torna negativa, conforme representado nos tempos t3, t5 e t1 na Figura 4. Isso é feito de modo que o veículo 1 mantenha sua velocidade de subida, bem como possível por estar próximo da velocidade de potência máxima do motor 10 nas marchas intermediárias. Isso também significa que o veículo 1 será percebido como agressivo e potente, por exemplo, para aclives longos íngremes, se ele trafega em alta velocidade, uma vez que a velocidade do motor se elevará em cada etapa de redução de marcha e, assim, se torna mais próximo da velocidade máxima do motor a qual o veículo 1 pode manter na segunda marcha G2. Melhor manutenção de velocidade do veículo no início da subida também torna possível reduzir o número de etapas de redução de marcha se o aclive termina antes que o veículo 1 atinja a segunda marcha G2.

[0064] Também deverá ser notado que as várias etapas de cálculo no método de acordo com a presente invenção ocorrem em tempo real, conforme os especialistas apreciarão. Eles também apreciarão que um método para controle de uma caixa de marchas de acordo com a presente invenção poderia ser implementado em um programa de computador o qual, quando executado em um computador, faz com que o computador execute o método. O programa de computador está contido em um meio legível em computador de um produto de programa de computador, o qual toma a forma de uma memória adequada, por exemplo, ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), EPROM (Erasable PROM), memória flash, EEPROM (Electrically Erasable PROM), unidade de disco rígido, etc.

[0065] A presente invenção se refere também a um sistema para controle de uma caixa de marchas. O sistema compreende pelo menos uma unidade de controle 110 destinada a controlar uma caixa de marchas 20 em um veículo a motor 1 e adaptada para realizar uma redução de marcha de uma primeira marcha G1, para a qual a aceleração a é negativa, para uma segunda marcha G2, para a qual a aceleração a é positiva ou igual a nula. A redução de marcha envolve pelo menos uma etapa de marcha intermediária entre a primeira marcha G1 e a segunda marcha G2, e uma velocidade de motor mais alta a cada etapa intermediária é tão alta quanto, ou mais alta do que ou a mais alta velocidade do motor em uma etapa intermediária precedente.

[0066] Um sistema descrito acima pode também ser modificado de acordo com as várias modalidades do método acima. A presente invenção se refere também a um veículo a motor 1, por exemplo, um caminhão ou ônibus, o qual compreende pelo menos um sistema conforme acima.

[0067] A Figura 5 representa esquematicamente uma unidade de controle 110 que forma parte de um sistema de acordo com a presente invenção. A unidade de controle 110 compreende uma unidade de cálculo 111, a qual pode tomar substancialmente a forma de qualquer tipo de processador ou microcomputador, por exemplo, um circuito para processamento de sinal digital (processador de sinal digital, Digital Signal Processor - DSP) ou um circuito com uma função específica predeterminada (circuito integrado de aplicação específica, Application Specific Integrated Circuit - ASIC). A unidade de cálculo 111 está conectada a uma unidade de memória 112, a qual é incorporada na unidade de controle 110 e a qual fornece à unidade de cálculo 111, por exemplo, o código de programa armazenado e/ou os dados armazenados os quais a unidade de cálculo 111 precisa de forma a ser capaz de realizar cálculos. A unidade de cálculo 111 é também adaptada para armazenamento dos resultados parciais ou finais de cálculos na unidade de memória 112.

[0068] A unidade de controle 110 é ainda dotada de dispositivos 113, 114, 115, 116 para, respectivamente, recebimento de sinais de entrada e envio de sinais de saída. Esses sinais de entrada e saída podem compreender formas de onda, pulsos ou outros atributos os quais os dispositivos de recebimento de sinal 113, 116 podem detectar como informação e os quais podem ser convertidos a sinais processáveis pela unidade de cálculo 111. A unidade de cálculo 111 é, então, suprida com esses sinais. Os dispositivos de envio de sinal 114, 115 são adaptados para conversão de sinais recebidos da unidade de cálculo 111 de forma a criar, por exemplo, por meio de modulação dos sinais, sinais de saída os quais podem ser transmitidos à outras partes do sistema para determinação de pontos de redução de marcha e troca de marcha ascendente. Aqueles versados no campo apreciarão que o computador antes mencionado pode tomar a forma da unidade de cálculo 111 e que a memória antes mencionada pode tomar a forma da unidade de memória 112.

[0069] Cada uma das conexões aos dispositivos para, respectivamente, recebimento de sinais de entrada e envio de sinais de saída, pode tomar a forma de um ou mais dentre os seguintes: um cabo, um data bus, por exemplo, um CAN bus (Controller Area Network), um MOST bus (Media Orientated Systems Transport) ou alguma outra configuração de barramento ou uma conexão sem fio. As conexões 70, 80, 90, 100 na Figura 1 pode também tomar a forma de um ou mais desses cabos, barramentos ou conexões sem fio.

[0070] Finalmente, a presente invenção não está limitada à suas modalidades descritas acima, mas se refere e compreende todas as modalidades dentro do escopo de proteção das reivindicações independentes em anexo.

Claims

Método para controle de uma caixa de marchas, na qual a caixa de marchas (20) é destinada a ser instalada em um veículo a motor (1), no qual realiza-se uma redução de marcha da referida caixa de marchas (20) de uma primeira marcha (G1), para a qual a aceleração a do referido veículo (1) é negativa, para uma segunda marcha (G2), para a qual a aceleração a é calculada para ser positiva ou igual a zero, CARACTERIZADO pelo fato de que a redução de marcha envolve pelo menos duas etapas de marcha intermediária entre as referidas primeira marcha (G1) e segunda marcha (G2), uma velocidade de motor para mudar marcha em uma etapa de marcha intermediária sendo maior do que uma velocidade de motor para mudar marcha em uma etapa de marcha intermediária precedente,
em que no tempo t1, quando trafegando com a primeira marcha (G1) engatada, o veículo empreende uma subida, de modo que um déficit de energia ocorre e a aceleração a do veículo se torna negativa, e
a velocidade de motor na primeira marcha (G1) ωG1 é determinada nesse tempo t1 e pode ser usada como um parâmetro de entrada durante a redução de marcha.
Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que cada marcha intermediária é escolhida de modo que cada etapa de marcha intermediária dure um tempo mais longo do que um valor limiar Ti.
Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido valor limiar Ti é usado como um parâmetro para determinar o número de etapas de marcha envolvidas em uma mudança de marcha entre a referida primeira marcha (G1) e uma etapa de marcha intermediária, e/ou entre duas etapas de marcha intermediária consecutivas, e/ou entre uma etapa de marcha intermediária e a referida segunda marcha (G2).
Método, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido valor limiar Ti é usado como um parâmetro para determinação do número de etapas de marcha intermediárias entre a referida primeira marcha (G1) e a referida segunda marcha (G2).
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido valor limiar Ti é específico para cada etapa de marcha intermediária.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido valor limiar Ti está dentro da faixa de 1 a 15 segundos.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que uma etapa de marcha intermediária atual dura a mesma quantidade de tempo que uma etapa de marcha intermediária imediatamente seguinte.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que uma velocidade de motor ωG1 na referida primeira marcha (G1) é usada como um parâmetro de entrada ao realizar a referida redução de marcha.
Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida velocidade de motor ωG1 na referida primeira marcha (G1) é uma velocidade de motor que o referido veículo (1) assume quando a aceleração a do referido veículo (1) se torna negativa na referida primeira marcha (G1).
Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida velocidade do motor ωG1 na referida primeira marcha (G1) é uma velocidade mais alta de motor na referida primeira marcha (G1).
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que uma velocidade mais alta do motor em cada etapa intermediária é tão alta quanto, ou maior do que, uma velocidade mais alta de motor em uma etapa intermediária precedente.
Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida velocidade mais alta de motor em cada etapa de marcha intermediária aumenta por um valor de parâmetro pi, em comparação com a velocidade mais alta do motor em uma etapa de marcha intermediária precedente.
Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a relação entre a referida velocidade mais alta de motor em cada etapa de marcha intermediária e a referida velocidade mais alta de motor em uma etapa de marcha intermediária precedente é expressa por ωTi+1 = ωΤi + pi, onde ωTi+1 é a referida velocidade mais alta de motor em cada etapa de marcha intermediária, e ωΤi é a referida velocidade mais alta de motor em uma etapa de marcha intermediária precedente.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que uma mudança de marcha entre a referida primeira marcha (G1) e uma etapa de marcha intermediária, e/ou entre duas etapas de marcha intermediárias consecutivas, e/ou entre uma etapa de marcha intermediária e a referida segunda marcha (G2) compreende uma ou mais etapas de marcha.
Meio legível por computador, CARACTERIZADO por executar as etapas do método para controle de uma caixa de marchas conforme definido nas reivindicações 1 a 14.
Sistema para controle de uma caixa de marchas (20), em que o sistema compreende pelo menos uma unidade de controle (110) destinada a controlar uma caixa de marchas (20) em um veículo a motor (1), em que o sistema é adaptado para realizar uma redução de marcha da referida caixa de marchas (20) de uma primeira marcha (G1), para a qual a aceleração a do referido veículo (1) é negativa, para uma segunda marcha (G2), para a qual a aceleração a é calculada para ser positiva ou igual a zero, CARACTERIZADO pelo fato de que a redução de marcha envolve pelo menos uma etapa de marcha intermediária entre as referidas primeira marcha (G1) e segunda marcha (G2), com uma velocidade máxima de motor em cada etapa de marcha intermediária que é tão alta quanto, ou mais alta do que, uma maior velocidade do motor em uma etapa de marcha intermediária precedente.
Veículo a motor (1), por exemplo, um caminhão ou ônibus, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende pelo menos um sistema conforme definido na reivindicação 16.