ITMI20002488A1

ITMI20002488A1 - Sistema di controllo di frizione per il controllo automatico dellafrizione di un veicolo

Info

Publication number: ITMI20002488A1
Application number: IT2000MI002488A
Authority: IT
Inventors: Diana Katharine Bowker
Original assignee: Luk Lamellen & Kupplungsbau
Priority date: 1999-11-20
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2002-05-17
Also published as: GB2356438A; DE10055737B4; GB2356438B; BR0005499B1; DE10055737A1; IT1319347B1; GB9927717D0; BR0005499A; GB0026854D0

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema o dispositivo di controllo di frizione per il controllo automatico di una frizione come ad esempio una frizione di autoveicolo che è disposta nel treno di azionamento di un autoveicolo, e che collega un motore con un cambio, il cambio avendo una pluralità di rapporti fissi come ad esempio marce, e mezzi selettori mediante i quali si può scegliere la posizione neutra o folle o qualsiasi dei rapporti fissi, un controllo a farfalla essendo previsto per controllare la velocità del motore, il sistema di controllo di frizione controllando automaticamente l'innesto e il disinnesto della frizione per consentire l'inserimento e il disinserimento di rapporti di velocità differenti.

In conformità con i brevetti europei 0038113; 0696341; 0735957; e la domanda di brevetto tedesco 19911332.7; le cui descrizioni sono qui incorporate per riferimento, in sistemi di controllo di frizione del tipo definito in precedenza, è definita una velocità di riferimento che dipende dal grado di apertura della farfalla e la frizione viene controllata in modo tale che la velocità del motore segua la velocità di riferimento. Gli algoritmi descritti nei brevetti/domande di brevetto menzionate sopra, sono adatte a soddisfare i requisiti di varie condizioni operative del veicolo compreso l'avviamento o partenza da fermo in piano o in pendio, avviamento o partenza a velocità del motore elevate e avviamento o partenza a bassa velocità quando è richiesta manovra a bassa velocità.

Vi è tuttavia un problema con gli algoritmi esistenti quando la differenza tra la coppia richiesta per far sì che il veicolo salga un pendio ripido e la coppia massima disponibile dal motore è piccola. L'uso degli algoritmi esistenti in tale circostanze è probabile che porti ad eccessivi tempi di avviamento e slittamento della frizione, con la probabilità che la frizione si surriscaldi con il risultato della perdita dell'efficienza della frizione. In tali circostanze, se il veicolo, ad esempio, è in coda nel traffico su una collina e richiede diverse partenze sulla collina in successione rapida, è possibile che il veicolo venga bloccato sulla collina dovendo aspettare che la frizione si raffreddi.

In conformità con un aspetto, la presente invenzione fornisce un sistema di controllo di frizione o dispositivo per il controllo automatico di una frizione ad esempio per una frizione di autoveìcolo, la frizione essendo posizionata nel treno di azionamento o trazione di un veicolo a motore e collegando un motore con un cambio, il cambio avendo una pluralità di rapporti fissi e mezzi selettori mediante i quali si possono scegliere la posizione neutra o folle o uno qualsiasi dei rapporti fissi, l'autoveicolo essendo dotato di un controllo a farfalla, per controllare la velocità del motore, il sistema di controllo di frizione controllando automaticamente l'innesto e disinnesto della frizione per consentire di variare il rapporto di velocità, la ripresa della frizione essendo controllata a seconda della differenza tra la velocità effettiva del motore e una velocità di riferimento; al di sotto di un valore di soglia predeterminato della quantità di moto del veicolo, la velocità di riferimento essendo una funzione del grado di apertura della valvola a farfalla; e al di sopra del valore di soglia della quantità di moto del veicolo, la velocità di riferimento viene diminuita a rampa per favorire l'innesto rapido della frizione ad una condizione completamente serrata.

Con il sistema di controllo di frizione della presente invenzione, la diminuzione a rampa della velocità di riferimento dopo che la quantità di moto del veicolo ha raggiunto il suo valore di soglia, riduce il tempo per l'avviamento o partenza e quindi la quantità di slittamento della frizione evitando il surriscaldamento della frizione ed eccessiva usura. La quantità di moto del veicolo impedisce lo Btallo del motore quando viene ingranata la frizione.

In conformità con una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, la velocità della piastra condotta della frizione o la velocità del veicolo viene presa come misura della quantità di moto del veicolo.

La diminuzione a rampa della velocità di riferimento quando si è raggiunto il valore di soglia viene ottenuta sottraendo un valore che è una funzione della velocità di cambiamento della quantità di moto del veicolo, velocità della piastra condotta o velocità del veicolo, dal valore di velocità di riferimento che dipende dall'apertura della farfalla, cosicché più velocemente sta aumentando la quantità di moto del veicolo, più rapidamente viene diminuita la velocità di riferimento e la frizione viene innestata.

La velocità di riferimento viene diminuita a rampa fino ad un valore di "drop-out" o caduta che è tipicamente uguale alla velocità folle del motore più uno scarto o differenza predeterminato di ad esempio 200 giri al minuto (rpm). Questo valore di riferimento di "drop-out" viene utilizzato in modo noto come base per il disinnesto successivo della frizione quando il veicolo giunge a riposo o per cambiamenti di marcia in movimento

Una forma di realizzazione dell'invenzione sarà ora descritta a titolo solamente esemplificativo con riferimento ai disegni acclusi, in cui: figura 1 mostra, in forma schematica la disposizione generale di un sistema di controllo di frizione del tipo coperto dalla presente domanda;

figura 2 mostra grafici della velocità del motore, della velocità della piastra condotta della frizione, l'innesto di frizione, posizione della farfalla e velocità di riferimento, per un sistema di controllo di frizione convenzionale, per un veicolo che parte su un gradiente o pendenza da 16-20%;

figura 3 mostra grafici analoghi alla figura 2 per un sistema di controllo di frizione secondo la presente invenzione, per un veicolo che parte su un gradiente analogo;

figura 4 mostra grafici analoghi alla figura 2 per un sistema di controllo di frizione in conformità con la presente invenzione per un veicolo che parte in piano; e

figura 5 mostra grafici analoghi alla figura 2 per un sistema di controllo di veicolo in conformità con la presente invenzione per un veico-lo che parte su un gradiente simile ad un'apertura del 75% della farfalla.

La figura 1 mostra un motore 10 con un motorino di avviamento ed un circuito di avviamento IOa associato accoppiato attraverso una frizione ad attrito di azionamento principale 14 ad un cambio sincronizzato ad albero di rinvio multivelocità 12, attraverso un albero di ingresso di cambio 15. Carburante viene alimentato al motore 10 mediante una farfalla 16, che comprende una valvola a farfalla 18, azionata da un pedale di acceleratore 19. L'invenzione è tuttavia ugualmente applicabile a motori a benzina o diesel con iniezione di carburante elettronica o meccanica.

La frizione 14 viene azionata da una forcella di rilascio 20 azionata da un cilindro asservito idraulico 22 sotto il controllo di mezzi di controllo attuatori di frizione 38. Tuttavia, la frizione può anche essere azionata da un motorino elettrico.

11 cambio 12 è controllato da una leva di selezione di rapporto di marcia 24 che è collegata meccanicamente al cambio 12 attraverso il collegamento di selettore 25 in modo convenzionale. La leva del cambio 24 ha mezzi a commutatore di rilevamento di carico 33, i mezzi a commutatore 33 rivelando le forze e/o uno spostamento applicato alla leva 24 dal guidatore o provocato da essa e producendo un segnale indicativo dell'intenzione di cambiare marcia. Il segnale dai mezzi a commutatore 33 viene alimentato ad una unità di controllo elettronica 36. L'unità di controllo elettronica 36, dopo avere ricevuto il segnale dai mezzi a commutatore 33, che indicano l'intenzione di cambiare marcia, fa si che i mezzi di controllo attua-tori di frizione 38 disinnestino la frizione 14.

In aggiunta ai segnali dai mezzi a commutatore 33 l'unità di controllo 36 riceve anche segnali da;

un sensore 19a che indica il grado di abbassamento del pedale dell'acceleratore 19;

un sensore 34 che indica il grado di apertura della valvola di controllo a farfalla 18;

un sensore 26 che indica la velocità del motore;

un sensore 42 che indica la velocità della piastra condotta della frizione; e

un sensore 34 che indica la posizione del cilindro asservito della frizione.

Invece di utilizzare il sensore 42 per fornire un segnale indicativo della velocità della piastra condotta di frizione, la velocità della piastra condotta della frizione può essere calcolata dalla velocità del veicolo che sarà misurata dal tachimetro del veicolo e dalla marcia impegnata, che può essere indicata dal sensore 32 sul cambio 12.

L'unità di controllo 36 impiega i segnali dai sensori per controllare il ri-innesto della frizione 14 all'avviamento da riposo durante cambiamenti di marcia in movimento e quando il veicolo giunge a riposo.

Un cicalino 50 è collegato all'unità di controllo 36 per avvisare/indicare all'operatore del veicolo quando si verificano alcune condizioni operative. In aggiunto o al posto del cicalino 50 si può utilizzare una luce di avviso lampeggiante o altri mezzi indicatori.

Sebbene il sistema di trasmissione descritto sopra richieda la scelta manuale del rapporto di marcia, l’invenzione si applica anche a sistemi di trasmissione automatici e semiautomatici del tipo descritto nei testi di brevetto W096/23671 e EP0933564, le cui descrizioni sono qui incorporate per riferimento.

Con la presente invenzione il ri-innesto della frizione 14 dopo la scelta di una marcia viene controllato dal confronto della velocità del motore Reng rispetto alla velocità di riferimento Rref, l'innesto della frizione essendo controllato in modo da far combaciare la velocità del motore Reng alla velocità di riferimento Rref. Di conseguenza, se la velocità del motore Reng è superiore alla velocità di riferimento Rref, l’innesto della frizione sarà aumentato in modo tale che il carico sul motore abbasserà la velocità del motore verso la velocità di riferimento Rref; mentre se la velocità del motore Reng è inferiore alla velocità di riferimento Rref, l'innesto della frizione sarà ridotto riducendo il carico sul motore 10 e consentendo che la velocità del motore Reng aumenti verso la velocità di riferimento Rref·

In conformità con la presente invenzione, quando la velocità della piastra condotta della frizione è inferiore ad un valore predeterminato, ad esempio 1200 rpm, o più preferibilmente 1500 rpm, la velocità di riferimento è una funzione dell'apertura di farfalla, come descritto ad esempio nei testi di brevetto EP0038113; EP0043660; EP0059035; EP101220; W092/13208; o nella domanda di brevetto DE19911332.7; le cui descrizioni sono qui incorporate per riferimento.

Al di sopra del valore predeterminato della velocità della piastra condotta di frizione, la velocità di riferimento Rref viene diminuita a rampa rapidamente fino ad un valore di drop-out o caduta Rdo, che è uno scarto predeterminato di tipicamente 200 rpm al di sopra della velocità folle Ridle del motore 10.

Il rapporto o tasso al quale la velocità di riferimento Rref viene diminuita a rampa fino alla velocità di drop-out o caduta Rdo è una funzione della velocità o tasso di cambiamento della velocità della piastra condotta Rdp'

Di conseguenza, sulla base dell'algoritmo descritto in EP0038113; al di sotto di una velocità di piastra condotta di 1500 rpm

Rref = Rint + K1 + K2 α

in cui Rint = velocità del motore all ' inizio dell ' avviamento; e

α = % dell'apertura di farfalla

e al di sopra della velocità della piastra condotta di 1500 rpm

Rref - Rint + K1 = K2 α - K3 dRdp/dt

[fino a Rref - Rdo]. La figura 2 mostra un grafico tipico della velocità di riferimento Rref; velocità del motore Reng; velocità della piastra condotta Rdp, innesto della frizione e apertura della farfalla per un veicolo da 800cc, 70Nm, che parte da fermo su una pendenza del 16-20%.

Com'è illustrato nella figura 2, con farfalla allo zero percento, nessuna marcia ingranata e la frizione innestata, il segnale di riferimento Rref è un valore di scarto tipicamente di 400 rpm superiore alla velocità folle del motore

Cioè Rref = Ridle + 400.

Al tempo t0 quando la leva del cambio 24 viene spostata per inserire la marcia di avviamento, ad esempio la prima marcia o la retromarcia, il segnale dai mezzi a commutatore 33 fa sì che la frizione 14 si disinnesti. Al fine di evitare ritardi inutili nel ri-innesto della frizione, le piastre della frizione possono quindi essere avvicinate dalla posizione completamente disinnestata verso il punto di contatto al quale la coppia inizia ad essere trasmessa dalla frizione 14. Tuttavia, finché la farfalla 18 rimane chiusa e la velocità di riferimento Rref è superiore alla velocità del motore Reng, la frizione 14 rimane disinnestata.

Al tempo t1, quando la farfalla 18 è completamente aperta, aumentano sia la velocità del motore Reng che la velocità di riferimento Rref. Filtri nell'unità di controllo 36 controllano la velocità di aumento della velocità di riferimento Rref in modo che si approssimi alla velocità di aumento della velocità del motore Reng quando il motore 10 non è caricato.

Quando al tempo t2 la velocità del motore Reng aumenta al di sopra della velocità di riferimento Rref, la frizione 14 inizia ad essere ri-innestata, caricando il motore 10 e facendo sì che la velocità Reng venga abbassata verso la velocità di riferimento Rref Questo continua, con il grado di ingresso della frizione che aumenta e diminuisce per adattare la velocità del motore Reng alla velocità di riferimento Rref, finché la velocità del motore Reng si approssima alla velocità della piastra condotta di frizione Rdp all'istante t3-All'istante t3 quando la velocità del motore si approssima alla velocità della piastra condotta entro limiti predefiniti, la velocità di riferimento Rref viene ridotta rapidamente fino ad un riferimento di caduta o drop-out Rdo' seguendo un profilo predeterminato. Questa caduta rapida della velocità di riferimento Rref fa sì che la frizione 14 venga chiusa o bloccata completamente dopodiché la velocità della piastra condotta Rdp seguirà la velocità del motore Reng

Con il ri-innesto della frizione controllata in questo modo, il tempo di avviamento da t1 a t4 e di 4,4 secondi, e il tempo di slittamento della frizione, durante il quale la piastra condotta della frizione e le piastre della frizione sono in impegno di attrito ma slittano una rispetto all'altra, da t2 a t4 era di 3,7 secondi.

La figura 3 mostra grafici analoghi alla figura 2 per il medesimo veicolo che parte sulla stessa pendenza, la sezione 14 essendo controllata in conformità con la presente invenzione.

Il controllo di frizione da t0 a t2 segue il sistema di controllo di frizione convenzionale descritto con riferimento alla figura 2. Tuttavia, all'istante t3, quando la velocità della piastra condotta Rdp raggiunge 1500 rpm, la velocità di riferimento Rref viene diminuita a rampa in funzione della velocità di cambiamento della velocità della piastra condotta dRdp/dp fino ad un valore limite Rdo. Questa discesa a rampa della velocità di riferimento Rref provoca il serraggio rapido delle piastre di frizione cosicché la velocità della piastra condotta Rdp rapidamente si adatta alla velocità di motore Reng, la velocità del motore essendo inizialmente ridotta dal carico aumentato del motore. In questo esempio, il tempo di avviamento da t1 a t4 è stato ridotto a 2,9 secondi e il tempo di slittamento da t2 a t4 è stato ridotto a 2,2 secondi.

Il serraggio tempestivo della frizione 14 in questo modo ha come risultato una caduta percettibile della velocità del motore, ma questo è solamente uguale a quanto previsto con il controllo manuale della frizione ed è accettabile per il guidatore. La caduta della velocità del motore è pure vantaggiosa in termini di trasferimento di coppia dal motore alle ruote del veicolo/strada.

Come mostrato nei grafici illustrati in figura 4, quando si utilizza il sistema di controllo di frizione della presente invenzione per l’avviamento in piano, la velocità della piastra condotta Rdp aumenta più rapidamente fino al valore di soglia. Inoltre, il valore di soglia della velocità della piastra condotta di frizione può essere ridotto fino a 1200 rpm. Di conseguenza, il tempo t3 viene portato avanti o posticipato con conseguenti ulteriori riduzioni del tempo di avviamento da t1 a t4 a 1,9 secondi e il tempo di slittamento da t2 a t4 a 1,6 secondi.

Inoltre, com'è illustrato in figura 5, durante l'avviamento sulla medesima pendenza illustrata in figura 2, anche durante l'avviamento a 75% di farfalla, il tempo di avviamento da t1 a t4 viene ridotto a 3 secondi e il tempo di slittamento da t2 a t4 viene ridotto a 2,4 secondi.

Com'è illustrato sopra, il sistema di controllo di frizione della presente invenzione fornisce miglioramenti significativi nel tempo di avviamento e nel tempo di slittamento senza nuocere significativamente alla qualità della marcia. Sebbene questo sistema di controllo di frizione sia particolarmente vantaggioso per veicoli con piccoli motori di bassa potenza, può essere utilizzato anche per veicoli di potenza superiore.

Varie modifiche possono essere realizzate senza allontanarsi dall'invenzione. Ad esempio, sebbene come descritto sopra, la velocità dèlia piastra Rdp è presa come base per la quantità di moto del veicolo per innescare una rapida diminuzione della velocità di riferimento e anche per controllare la velocità di diminuzione, si possono utilizzare altri criteri adatti, ad esempio la velocità stessa del veicolo. In alternativa, si può utilizzare un algoritmo di quantità di moto che quantifica la quantità di moto posseduta dal veicolo e il trasferimento di quantità di moto richiesto per ottimizzare le prestazioni, rispetto alla sensazione di guida e percezione del guidatore. Tali algoritmi possono anche incorporare: il grado di apertura della farfalla come indicazione di quanta coppia è richiesta dal guidatore; e/o informazione di coppia dal sistema di gestione del motore per raffinare la strategia di controllo.

Sebbene i mezzi idraulici della forma di realizzazione di cui sopra vengano utilizzati per l'azionamento di mezzi azionatori di frizione, attuatori idraulici, pneumatici o elettrici, ad esempio motorini elettrici o solenoidi, possono essere utilizzati per l'azionamento dei mezzi attuatori di frizione e in trasmissioni semiautomatiche e automatiche, il meccanismo selettore di marcia; ad esempio com’è descritto in DE19504847; W097/10456 o DE19734023; le cui descrizioni sono qui incorporate per riferimento.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di controllo di frizione per il controllo automatico della frizione di un autoveicolo, detta frizione collegando un motore con un cambio, il cambio avendo una pluralità di rapporti fissi e mezzi selettori mediante i quali si può scegliere la posizione neutra o folle oppure uno qualsiasi dei rapporti fissi, l'autoveicolo essendo dotato di un controllo a farfalla per controllare la velocità del motore, il sistema di controllo di frizione controllando automaticamente l'innesto e il disinnesto della frizione per consentire di cambiare il rapporto di marcia, la ripresa della frizione essendo controllata in base alla differenza fra la velocità effettiva del motore e una velocità di riferimento; al di sotto di un valore di soglia predeterminato della quantità di moto del veicolo, la velocità di riferimento essendo una funzione del grado di apertura della farfalla; e al di sopra della velocità di soglia della quantità di moto del veicolo, la velocità di riferimento essendo diminuita a rampa per favorire il rapido innesto della frizione ad una condizione completamente serrata. 2. sistema di controllo di frizione secondo la rivendicazione 1, in cui il valore di soglia predeterminato è un valore di velocità predeterminato di una piastra condotta della frizione. 3. Sistema di controllo di frizione secondo la rivendicazione 2, in cui il valore predeterminato della velocità della piastra condotta della frizione è almeno 1200 rpm. 4. Sistema di controllo di frizione secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui il valore predeterminato della velocità della piastra condotta della frizione è di circa 1500 rpm. 5. Sistema di controllo di frizione secondo la rivendicazione 1, in cui il valore di soglia predeterminato è un valore predeterminato della velocità del veicolo. 6. Sistema di controllo di frizione secondo la rivendicazione 1, in cui il valore di soglia predeterminato si basa su un algoritmo della quantità di moto che tiene in considerazione la quantità di moto posseduta dal veicolo e il trasferimento di quantità di moto richiesto per ottimizzare le prestazioni. 7. Sistema di controllo di frizione secondo la rivendicazione 6, in cui l'algoritmo comprende una funzione che dipende dal grado di apertura della farfalla e/o una funzione che dipende da informazioni di coppia dal sistema di gestione del motore. 8. Sistema di controllo di frizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui al di sopra del valore di soglia predeterminato, la velocità di riferimento viene diminuita a rampa in funzione del tasso di variazione della quantità di moto del veicolo. 9. Sistema di controllo di frizione secondo la rivendicazione 8, in cui al di sopra del valore di soglia predeterminato, la velocità di riferimento viene diminuita a rampa come una funzione del tasso di variazione di velocità di una piastra condotta della frizione. 10. Sistema di controllo di frizione secondo la rivendicazione 9, in cui: al di sotto del valore predeterminato della velocità di piastra condotta; Rref = Rint + K1 + K2 α al di sopra del valore predeterminato della velocità della piastra condotta; Rref = Rint + K1 + K2 α - K3dRdp/dt in cui: ref = velocità di riferimento; Rint = velocità del motore all'inizio dell’avviamento; α = % dell'apertura di farfalla; e Rdp = velocità della piastra condotta. 11. Sistema di controllo di frizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui al di sopra del valore predeterminato, la velocità di riferimento viene diminuita a rampa fino ad un valore di caduta predeterminato. 12. Sistema di controllo di frizione sostanzialmente come descritto qui, con riferimento a e come mostrato nelle figure 1 e da 3 a 5 dei disegni acclusi.