ITTO940653A1

ITTO940653A1 - Sistema di controllo di un cambio servoassistito.

Info

Publication number: ITTO940653A1
Application number: IT94TO000653A
Authority: IT
Inventors: Cesare Sola; Biagio Termine; Massimo Seminara
Original assignee: Magneti Marelli Spa
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1994-08-05
Publication date: 1996-02-05
Also published as: ITTO940653A0; EP0695665A1; BR9502461A; EP0695665B1; DE69504926D1; DE69504926T2; US5609545A; ES2123875T3; IT1266914B1

Abstract

Sistema di controllo per un cambio automatico (AS) servoassistito, in cui la centralina controllo cambio (CA) colloquio mediante una linea dati (LD) con la centralina controllo motore (CM) in modo da ottimizzare l'operazione di cambio marcia. In particolare, la centralina controllo cambio (CA) trasmette alla centralina controllo motore (CM), nel corso delle varie fasi (A, B, C, D, E) dell'operazione di cambio marcia, i regimi obiettivo di rotazione o di coppia desiderata e riceve le informazioni istantanee relative al regime ed alla coppia erogata per poter eseguire in modo ottimale le operazioni di apertura e chiusura della frizione e di disinnesto ed innesto delle marce.(fig. 1).

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: "Sistema di controllo di un cambio servoassistito"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione fa riferimento in generale ai cambi automatici per autoveicoli, del tipo in cui l’innesto, la selezione e la frizione sono servoassistiti . Più specificamente, l'invenzione fa riferimento ad un cambio del tipo suddetto a controllo elettronico.

Sono noti nella tecnica cambi automatici per autoveicoli, in cui le operazioni relative al cambio marcia vengono eseguite completamente da servomeccanismi in grado di attuare l'innesto, il disinnesto e la selezione delle marce, nonché l'apertura e la chiusura della frizione. L'operazione di cambio marcia può venire eseguita automaticamente da un circuito di controllo del cambio automatico, ad esempio in base al regime di rotazione del motore ed alla pressione del pedale dell’acceleratore, oppure in alternativa può essere eseguita in base ad un comando manuale impartito dal guidatore. In quest'ultimo caso si parla di funzionamento semiautomatico.

I cambi noti nella tecnica presentano tuttavia degli inconvenienti dovuti alla gestione non ottimale dei suddetti dispositivi servoassistiti nel corso delle operazioni di cambio marcia. Si possono ad esempio verificare variazioni brusche di regime e/o di coppia motrice nel corso dell’apertura e della chiusura della frizione,.oppure rumori ed impuntamenti nelle operazioni di innesto e disinnesto delle marce.

Lo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema di controllo per un cambio automatico che permetta di risolvere in modo soddisfacente tutti i problemi sopra indicati.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto grazie ad un sistema di controllo per un cambio automatico avente le caratteristiche indicate nelle rivendicazioni che seguono la presente descrizione .

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti nel corso della descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, in cui:

la fig.l è una rappresentazione schematica a blocchi di un sistema di controllo secondo la presente invenzione, e

le figg.2 e 3 sono diagrammi temporali rappresentanti il funzionamento del sistema secondo l'invenzione .

Il sistema secondo la presente invenzione prevede una centralina elettronica CA di controllo del cambio automatico AS (si veda la fig.l), tipicamente una centralina a microprocessore, destinata al controllo dei dispositivi servoassistiti SV atti ad attuare la selezione, l’innesto ed il disinnesto delle marce, nonché, se programmata, l'apertura e la chiusura della frizione (non illustrata).

Il sistema prevede inoltre di essere utilizzato in associazione ad un motore termico MT dotato anch'esso di una centralina elettronica di controllo CM . Ciò non costituisce di fatto una limitazione all'impiego della presente invenzione, in quanto oggi giorno la maggior parte dei motori termici destinati all’impiego autoveicolistico sono dotati di centraline elettroniche di controllo e gestione. Tale tendenza si sta attualmente estendendo anche ai motori Diesel, per cui in un prossimo futuro è prevedibile che la stragrande maggioranza dei motori per autoveicoli sarà dotata di tali centraline elettroniche di controllo.

In sostanza, il sistema di controllo del cambio automatico AS secondo l’invenzione richiede che durante i cambi di marcia la centralina elettronica CM di gestione del motore termico MT effettui una gestione del motore MT pilotata dalla centralina elettronica CA di controllo del cambio AS in termini di regime di rotazione oppure di coppia erogata per evitare contraccolpi o vibrazioni durante i cambi marcia .

Per raggiungere tale risultato, tra le due centraline (ossia la centralina di controllo motore CM e la centralina di controllo cambio CA) devono essere scambiate una serie di informazioni tramite un collegamento che consenta alla centralina di controllo cambio CA di fornire alla centralina di controllo motore CM le richieste di regime oppure di coppia e di ricevere in risposta informazioni relative al funzionamento del motore MT. E' evidente quindi che deve essere prevista una linea di comunicazione dati bidirezionale LD, di capacità sufficiente, tra la centralina di controllo motore CM e la centralina di controllo cambio CA.

Il colloquio tra le due centraline CM e CA assicura inoltre un.maggiore livello di sicurezza,dato che le due centraline CM e CA hanno la possibilità di controllarsi a vicenda per cui il degrado delle prestazioni in seguito a guasti è più progressivo. Inoltre, il colloquio tra le due centraline CM e CA rende le strategie di controllo delle comunicazioni più robuste, poiché ad esempio il controllo della frizione {effettuato dalla centralina di controllo cambio CA) può automaticamente tenere conto della risposta dinamica del motore termico MT che può variare durante la vita del veicolo in funzione dell’usura o di eventuali fattori accidentali e/o contingenti.

Verranno ora descritte dettagliatamente le varie fasi dell’operazione di cambio marcia, si vedano in proposito le figg.2 e 3, in cui è rappresentato lo stato del cambio AS e della frizione, in funzione del tempo t, ed il corrispondente scambio di informazioni, o colloquio, tra le due centraline CM e CA. Tali fasi sono fondamentalmente le seguenti.

A) Scarico della coppia

La centralina controllo cambio CA chiede alla centralina controllo motore CM di ridurre la coppia erogata dal motore termico MT da un valore iniziale, quello della coppia erogata al momento della richiesta, fino a zero secondo un andamento di coppia in funzione del tempo t fornito sempre della centralina di controllo cambio CA. Nel corso di questa fase la centralina di controllo cambio CA provvede ad aprire la frizione in funzione del valore di coppia erogato dal motore termico MT e comunicato dalla centralina controllo motore CH istante per istante. Ciò è rilevabile dal grafico della frizione FRI, in cui si può notare il passaggio, nel corso della fase A, dalla posizione chiusa CL alla posizione aperta OP.

B) Disinnesto della marcia

Durante tale fase, che inizia dopo che la coppia erogata dal motore è scesa a zero e la frizione è stata aperta, la centralina controllo cambio CA provvede a disinnestare la marcia precedentemente inserita, indicata con Gl. Ciò è rilevabile dal grafico dell'innesto INN, in cui si può notare il passaggio dalla posizione Gl (marcia precedente innestata) alla posizione di punto morto PH in cui non vi è marcia innestata. Durante tale fase, la centralina controllo motore CM continua a mantenere a zero il valore di coppia erogato dal motore termico MT, su richiesta della centralina controllo cambio CA. C) Attuazione

Durante tale fase, la centralina controllo cambio CA assegna alla centralina controllo motore CM il valore obiettivo di regime motore da raggiungere il più rapidamente possibile, mentre provvede a gestire le attuazioni di selezione, sincronizzazione ed innesto della nuova marcia, indicata con G2. Come si può notare, durante tale fase la centralina controllo cambio CA provvede alla selezione della nuova marcia G2t passaggio dalla posizione Gl alla posizione G2 del grafico della selezione SEL. Successivamente, all'attuazione della.selezione la centralina controllo cambio CA provvede all’innesto della nuova marcia G2, come si può vedere dal grafico dell'innesto INN in cui avviene il passaggio dalla posizione di punto morto PM alla posizione di innesto della seconda marcia G2. Nel corso di quest'operazione avviene la sincronizzazione (rappresentata nel grafico dell’innesto INN con la fascia scura SINC) ad opera dei sincronizzatori del cambio AS. Al termine della fase C , la nuova marcia G2 è stata quindi selezionata e successivamente innestata. Nel corso di tutta la fase, la frizione rimane aperta. Tale fase verrà descritta inoltre in seguito, nel caso in cui il cambio AS non sia dotato (fig.3) di sincronizzatori .

D) Innesto

Questa fase è specifica dei cambi senza sincronizzatori (fig.3), in cui l'adeguamento dei giri fra il primario ed il secondario del cambio AS viene assicurato mediante il controllo diretto del regime di rotazione del motore MT, con cui il primario è solidale, trovandosi la frizione già chiusa non appena viene completato il disinnesto della marcia precedente Gl. Quando i giri del primario hanno raggiunto il regime richiesto, corrispondente al regime di rotazione del secondario, la centralina di controllo cambio CA provvede all’innesto della nuova marcia G2, come si può notare dal passaggio dalla posizione PM alla posizione G2 nel grafico dell'innesto INN.

E) Restituzione della coppia

Durante questa fase, la centralina controllo cambio CA richiede alla centralina controllo motore CM il ripristino della coppia erogata dal motore MT secondo un andamento di coppia in funzione del tempo t. La centralina controllo cambio CA provvede, durante questa fase, a chiudere la frizione sulla base dei valori di coppia erogata dal motore MT, forniti istante per istante dalla centralina controllo motore CM. Ciò è visibile nel grafico della frizione FRI (fig.2), che torna nella posizione chiusa CL. Nel caso di cambi senza sincronizzatori, trovandosi la frizione già completamente chiusa all'inizio di tale fase (fig.3), vi è solo la restituzione di coppia alle ruote motrici, gestita esclusivamente dalla centralina controllo motore CM, cui è fornita dalla centralina controllo cambio CA la legge temporale di incremento della coppia erogata da rispettare.

Come si può notare dal grafico di fig.3, nel caso in cui il cambio AS non sia dotato di sincronizzatori vi sono alcune differenze nell'operazione di cambio marcia. In particolare, al termine della fase B si nota come la frizione FRI venga chiusa rapidamente, non appena sia stato completato il disinnesto della marcia precedente Gl. Ciò fa sì che nella fase C avvenga solamente la selezione della nuova marcia G2 e che tale selezione avvenga a frizione chiusa CL, come si può notare dal grafico.

Vi è inoltre una fase aggiuntiva D, già descritta in precedenza, in cui avviene l’operazione di innesto della nuova marcia G2. In tale fase D, l'innesto della nuova marcia G2 avviene con la frizione chiusa CL, a differenza del caso precedente (cambio AS con sincronizzatori) in cui l'innesto della nuova marcia G2, nella seconda parte della fase C, avveniva a frizione aperta OP. Ciò ha la funzione di permettere alla centralina controllo motore CM di rendere la velocità di rotazione del primario del cambio AS sostanzialmente identica alla velocità di rotazione del secondario.

Come è noto, infatti, il secondario del cambio AS è posto in rotazione dalle ruote motrici del veicolo, a marcia disinnestata, per cui è necessario naturalmente intervenire sulla velocità di rotazione del primario. Ciò non sarebbe possibile nel caso in cui il primario stesso fosse scollegato dal motore termico MT, a causa dell’apertura della frizione. A frizione chiusa il primario è invece solidale in rotazione con l'albero del motore termico MT, per cui il suo regime di rotazione può venire controllato fino ad essere reso identico a quello del secondario. Tale controllo del regime di rotazione è pilotato dalla centralina controllo cambio CA, che fornisce alla centralina controllo motore CM l'andamento obiettivo di regime di rotazione da rispettare .

Come risulta dalla precedente trattazione, il sistema secondo l'invenzione necessita dello scambio di alcune informazioni per poter operare. Più specificamente, le informazioni necessarie alla centralina controllo cambio CA sono:

coppia istantanea erogata dal motore MT, regime (velocità di rotazione) istantaneo del motore MT, e

velocità di rotazione del secondario del cambio AS.

La velocità di rotazione del secondario è proporzionale alla velocità di rotazione delle ruote motrici del veicolo, in sostanza la velocità del veicolo stesso ed è quindi un’informazione già presente e disponibile nel veicolo. Le altre due informazioni invece, cioè la coppia istantanea erogata ed il regime istantaneo del motore termico MT, sono disponibili dalla centralina controllo motore CM.

In particolare, il regime istantaneo (o velocità di rotazione) viene rilevato direttamente, ad esempio mediante una ruota fonica, mentre la coppia istantanea erogata viene elaborata dalla centralina controllo motore CM sulla base di informazioni rilevate mediante vari sensori disposti sul motore termico MT. Tale elaborazione è tipica delle attuali centraline controllo motore CM, per cui anche tale informazione è disponibile dalla centralina controllo motore CM.

La centralina controllo cambio CA comunica invece alla centralina controllo motore CM le seguenti informazioni:

fase cambio marcia (istanti di inizio e fine), valore di regime (velocità di rotazione) obiettivo,

valore di coppia erogata obiettivo,

numero marcia inserita.

Come risulta dalla trattazione precedente, non tutte queste informazioni sono essenziali al funzionamento del sistema. Infatti, il sistema sarebbe in grado di operare anche se la centralina controllo cambio CA si limitasse a fornire alla centralina controllo motore CM a seconda della fase il valore di regime obiettivo, oppure in alternativa il valore di coppia obiettivo, da raggiungere a seconda della fase. Le ulteriori informazioni, quali gli istanti di inizio e fine delle varie fasi A, B, C, D, E e l'identificazione delle marce da selezionare aggiungono ridondanza al sistema, conferendogli una maggiore robustezza.

Ciò fa sì che in caso di guasto, ad esempio nel caso in cui la linea di comunicazione LD non permetta una corretta trasmissione degli andamenti e dei valori obiettivo di regime o di coppia, il sistema possa continuare a funzionare, anche se con prestazioni non ottimali, grazie alle suddette informazioni aggiuntive che mettono la centralina controllo motore CM in grado di effettuare le operazioni corrispondenti alle varie fasi, anche se in modo approssimato, in quanto non controllata direttamente dalla centralina controllo cambio CA.

Il sistema può anche non prevedere le operazioni di apertura e successiva chiusura della frizione: infatti, la riduzione della coppia erogata dal motore alla coppia obiettivo (fino a zero) rende possibile il disinnesto della marcia precedentemente inserita senza apertura della frizione. L’inserimento della nuova marcia è possibile quando il numero di girl dell'albero primario,moltiplicato per il numero di denti dell’ingranaggio della nuova marcia, uguaglia il numero di giri dell’albero secondario moltiplicato per il numero di denti dell’ingranaggio secondario .

Il sistema secondo la presente invenzione consente quindi di ottenere dei notevoli vantaggi di funzionamento rispetto ai cambi automatici secondo la tecnica nota. Tali vantaggi sono riscontrabili, in particolare, ad esempio nel caso di funzionamento su fondi stradali a bassa aderenza. In casi del genere, infatti, è particolarmente importante la gestione della fase di restituzione E della coppia al fine di evitare pattinamenti delle ruote motrici. E-ventualmente , l'andamento della fase di restituzione della coppia, che la centralina CA assegna alla centralina CM, può variare, in modo automatico, ad esempio in base a programmi di simulazione del comportamento di guida, oppure a seguito di un comando manuale, per'adeguarsi alla bassa aderenza del fondo stradale .

Il sistema può inoltre venire configurato in modo da consentire il funzionamento del cambio, nel caso in cui si verifichi un guasto, anche grave, di un elemento del sistema, quale la leva di comando.

Naturalmente fermo restando il principio dell’invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variate rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione .

Claims

RIVENDICAZIONI 1. · Sistema di controllo per.un cambio automatico (AS), associato ad un motore termico (MT) di un veicolo, comprendente dispositivi attuatori (SV) atti ad effettuare le operazioni di: innesto e disinnesto marce, selezione marce, apertura e chiusura frizione, detto motore termico (MT) comprendendo primi mezzi di elaborazione (CM) atti a controllare almeno un parametro di funzionamento di detto motore termico (MT), caratterizzato dal fatto che comprende secondi mezzi di elaborazione (CA), operativamente connessi a detti mezzi attuatori (SV), detti secondi mezzi di elaborazione (CA) essendo collegati (LD), in modo da scambiare informazioni, con detti primi mezzi di elaborazione (CM), ed essendo configurati in modo da : controllare detti mezzi attuatori (SV) per eseguire una pluralità di operazioni atte ad effettuare un cambio marcia di detto cambio automatico (AS), trasmettere a detti primi mezzi di elaborazione (CM), durante almeno parte di dette operazioni, informazioni predeterminate in vista di controllare detto almeno un parametro di funzionamento di detto motore termico (MT), ricevere, da detti primi mezzi di elaborazione (CM), informazioni rilevate relative a detto almeno un parametro di funzionamento di detto motore termico (MT).
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un parametro di funzionamento comprende la coppia erogata da detto motore termico (MT).
3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto almeno un parametro di funzionamento comprende la velocità di rotazione di detto motore termico (MT).
4. Sistema secondo la rivendicazione 2 o la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta pluralità di operazioni, atte ad effettuare un cambio marcia, comprende: disinnesto di una prima marcia (Gl), selezione di una seconda marcia (G2), innesto di detta seconda marcia (G2).
5. Sistema secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta pluralità di operazioni, atte ad effettuare un cambio marcia, comprende inoltre : apertura frizione, chiusura frizione.
6. Sistema secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti secondi mezzi di elaborazione (CA) sono configurati in modo da eseguire le seguenti operazioni: disinnestare detta prima marcia (Gl),dopo aver ridotto sostanzialmente a zero detta coppia erogata, e, successivamente: trasmettere informazionipredeterminate a detti primi mezzi di elaborazione (CM), in vista di modificare detta velocità di rotazione di detto motore termico (MT) in modo da sostanzialmente eguagliare la velocità di rotazione di un albero primario di detto cambio (AS) alla velocità di rotazione di un albero secondario di detto cambio (AS), ricevere informazioni rilevate, relative a detta velocità di rotazione, da detti primi mezzi di elaborazione (CM), selezionare detta seconda marcia (G2), innestare detta seconda marcia (G2) in base a dette informazioni rilevate, mantenendo, nel contempo, sostanzialmente a zero detta coppia erogata.
7. Sistema secondo la rivendicazione 4 o la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti secondi mezzi di elaborazione (CA) sono configurati in modo da: trasmettere informazioni predeterminate a detti primi mezzi di elaborazione (CM), in vista di ridurre sostanzialmente a zero detta coppia erogata da detto motore termico (MT), ricevere informazioni rilevate,relative a detta coppia erogata, da detti primi mezzi di elaborazione (CM), e aprire detta frizione, durante detta riduzione di coppia, in base a dette informazioni rilevate.
8. Sistema secondo la rivendicazione 7, in cui detto cambio automatico (AS) è dotato di sincronizzatori ,.caratterizzato dal fatto che detti secondi mezzi di elaborazione (CA) sono configurati in modo da eseguire le seguenti operazioni, in ordine temporale : disinnestare detta prima marcia (Gl),dopo aver ridotto sostanzialmente a zero detta coppia erogata, selezionare detta seconda marcia (G2), e innestare detta seconda marcia (G2), mantenendo, nel contempo, sostanzialmente a zero detta coppia erogata.
9. Sistema secondo la rivendicazione 5, in cui detto cambio automatico (AS) è sprovvisto di sincronizzatori, caratterizzato dal fatto che detti secondi mezzi di elaborazione (CA) sono configurati in modo da eseguire le seguenti operazioni: disinnestare detta prima marcia (Gl), dopo aver ridotto sostanzialmente a zero detta coppia erogata e dopo aver aperto detta frizione, chiudere detta frizione,dopo aver disinnestato della prima marcia (Gl), e, successivamente: trasmettere informazioni predeterminate a detti primi mezzi di elaborazione (CM), in vista di modificare detta velocità di rotazione di detto motore termico (MT) in modo da sostanzialmente eguagliare la velocità di rotazione di un albero primario di detto cambio (AS) alla velocità di rotazione di un albero secondario di detto cambio (AS), ricevere informazioni rilevate, relative a detta velocità di rotazione, da detti primi mezzi di elaborazione (CM), selezionare detta seconda marcia (G2), innestare detta seconda marcia (G2) in base a dette informazioni rilevate, mantenendo, nel contempo, sostanzialmente a zero detta coppia erogata.
10. Sistema secondo la rivendicazione 8 o la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detti secondi mezzi di elaborazione (CA) sono configurati in modo da: trasmettere informazionipredeterminate a detti primi mezzi di elaborazione (CM), in vista di aumentare detta coppia erogata, ricevere informazioni rilevate, relative a detta coppia erogata, da detti primi mezzi di elaborazione (CM), e chiudere detta frizione, se precedentemente aperta, durante detto aumento di coppia, in base a dette informazioni rilevate.
11. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette informazioni predeterminate rappresentano un andamento, nel tempo (t), di detto almeno un parametro di funzionamento.
12. Sistema secondo la rivendicazione il, caratterizzato dal fatto che dette informazioni rilevate sono costituite da una pluralità di valori, di detto almeno un parametro di funzionamento, rilevati in modo periodico ad istanti di tempo ravvicinati.
13. Sistema secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che dette informazioni predeterminate rappresentano un aumento graduale di detta coppia erogata in vista di evitare slittamenti di ruote motrici di detto veicolo rispetto ad un fondo stradale e contraccolpi.
14. Sistema secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detti secondi mezzi di elaborazione (CA) sono configurati per modificare detto aumento graduale di detta coppia in vista di evitare detti slittamenti e contraccolpi.
15. Sistema secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detti secondi mezzi di elaborazione (CA) sono configurati per modificare detto aumento graduale di detta coppia in base ad un programma predeterminato di simulazione di comportamento di guida.
16. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti primi mezzi di elaborazione sono una centralina elettronica a microprocessore (CM), per la gestione di detto motore termico (MT), caratterizzato dal fatto che detti secondi mezzi di elaborazione sono una centralina elettronica a microprocessore (CA), per la gestione di detto cambio automatico (AS), e dal fatto che comprende una linea di comunicazione dati digitale (LD) atta a consentire comunicazioni bidirezionali tra dette central ine elettroniche { CM, CA) . Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.