MÉTODO Y SISTEMA DE CONTROL DE TREN DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere al control de mecanismos o trenes de transmisión de potencia de un vehículo motor, de manera específica, a aquellos que tienen una transmisión variable en forma continua con la capacidad para proporcionar una reducción infinita de la velocidad de la entrada a la salida (es decir, el estado "neutral de engranaje") . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Normalmente, las transmisiones variables en forma continua comprenden un variador, es decir, un dispositivo que proporciona una relación de impulsión que puede variar en forma gradual, acoplado entre la entrada y la salida de la transmisión a través de un tren adicional de engranajes. Algunas estas transmisiones tienen la capacidad de alcanzar el estado referido como "neutral de engranaje", en el cual proporcionan una reducción infinita de la velocidad de la entrada a la salida, de modo que aún cuando gire la entrada de la transmisión y sea acoplada con la salida a través de la transmisión, la salida de la transmisión sería fija. Un tipo conocido de transmisión neutral de engranaje utiliza un engranaje epicíclico de desviación que tiene tres ejes giratorios acoplados, de manera respectiva, con los REF. 182555
componentes portadores de engranaje sol, anular y planetario del engranaje epiciclico (es decir, un mecanismo que contiene dos o más partes o elementos circulares, el menor de los cuales se mueve dentro del mayor) . Un eje también es acoplado con la entrada de la transmisión a través del variador y de este modo, puede impulsarse a partir del mismo en una relación variable en forma continua. Otro de los ejes es acoplado con la entrada de la transmisión a través de un tren de engranajes de relación fija. El tercer eje es acoplado a través de un tren adicional de engranajes con la salida de la transmisión y su velocidad rotacional es una función de las velocidades de los otros dos ejes, como aquellas personas con conocimientos sobre los engranajes epiciclicos lo apreciarán de manera inmediata. En una relación particular de impulsión del variador, los movimientos del primer y del segundo ejes se anulan entre si, dejando que el tercer eje y la salida de la transmisión sean fijos. Por convención, la relación de transmisión es expresada como la velocidad de entrada dividida entre su velocidad de salida de la transmisión. Expresada de este modo, la relación se comporta en forma asintótica, tendiendo a la infinidad en el neutral de engranaje. Por consiguiente, será conveniente a continuación que se refiera como la "relación de transmisión recíproca", es decir, la velocidad de salida de la transmisión es dividida entre la velocidad de
entrada de la misma, cuyo comportamiento alrededor del neutral de engranaje es no asintótico (simplemente cae hasta cero) y de este modo, es más fácil de describir. Obviamente, la mayoría de las transmisiones de los vehículos motores comerciales dependen de alguna forma de "dispositivo de vaivén", tal como el embrague operado por el conductor de una transmisión convencional manual, o el convertidor de torque de una transmisión automática convencional de relación progresiva para desacoplar el motor y las ruedas del vehículo cuando el vehículo se encuentre fijo, y para permitir el deslizamiento entre el motor y las ruedas en cuanto se mueva el vehículo. En una transmisión neutral de engranaje es posible (aunque no obligatorio) eliminar el dispositivo de vaivén. La transmisión tiene la capacidad de desplazarse de un engranaje de movimiento de reversa a través del neutral de engranaje a un engranaje de movimiento hacia adelante simplemente debido a los cambios en la relación de impulsión del variador, sin la necesidad de desacoplar el motor y las ruedas. A muy bajas relaciones de transmisión recíproca se hace posible a través de una transmisión neutral de engranaje, que se generen problemas durante el control del mecanismo o tren de transmisión de potencia, los cuales simplemente nunca son encontrados con la mayoría de las transmisiones convencionales. En un sistema ideal sin pérdida de fricción,
conformidad, etc., una relación de transmisión recíproca de cero implicaría la multiplicación infinita del momento de torsión o torque de la entrada de la transmisión a la salida de la misma. Es decir, cualquier torque en la entrada produciría un torque infinito en la salida. Por supuesto, ninguna transmisión práctica puede proporcionar un torque infinito de salida. Una forma más práctica para caracterizar la situación, es decir que en esta condición, en el estado continuó (es decir, cuando la entrada del motor/transmisión no esté acelerando) el torque en la entrada de la transmisión es cero cada vez que el torque se encuentre en su salida. Una condición en la cual el momento de torsión o torque en la salida de la transmisión crea un torque de cero en su entrada será referido en la presente como una "singularidad". Esto tiene implicaciones para el modo en el cual el motor y la transmisión tienen que ser controlados alrededor del neutral de engranaje. Ciertos problemas consecuentes, y un método para dirigirse a ellos, fueron discutidos en la Patente anterior de los Estados Unidos No. 5521819 de Torotrak (Development ) Limited y en su contraparte Europea 643648. No obstante, la presente invención se origina a partir del reconocimiento no ha encontrado en esta patente anterior, que en la transmisión práctica debido a las pérdidas de fricción no existe una sino dos singularidades, ninguna de las cuales se presenta
precisamente en el neutral de engranaje. En lugar que se presenten dos singularidades en las respectivas relaciones de transmisión recíproca junto al neutral de engranaje sino que se sitúan en cualquier lado, es decir, en las bajas relaciones de transmisión recíproca de movimiento hacia adelante y de reversa. Las singularidades sólo son encontradas en condiciones de "desbocamiento o sobremarcha", es decir, en donde el torque ejercido por la transmisión en su salida tiende a desacelerar la salida de la transmisión. En esta condición, la potencia es entrada a la transmisión a través de la salida, y es cuando esta potencia es igual a la potencia disipada debido a la ineficiencia de la transmisión que se presenta en la singularidad. Este entendimiento tiene implicaciones importantes para el modo en el cual se controlan el motor y la transmisión. Los sistemas existentes de control, que funcionan sin falla o sin error, han sido encontrados en la mayoría de condiciones que funcionan mal en forma severa bajo ciertas circunstancias, tal como cuando realizan un "movimiento corto de ida y vuelta o vaivén" y se asciende/desciende una montaña. Ahora se reconoce que es en estas situaciones que las singularidades son encontradas y deben ser permitidas. Por otro lado, se ha encontrado que la ventaja que será obtenida a partir del manejo adecuado del mecanismo o
tren de transmisión de potencia en relaciones alrededor de las singularidades, de acuerdo con la presente invención, es en el arranque o puesta en marcha. En particular, es posible utilizar la transmisión a fin de ejercer este control exacto de baja velocidad del vehículo para hacer posible un intervalo completo de opciones de control para el conductor. Un problema particular se refiere al control de la velocidad del motor de desbocamiento o sobremarcha. Es útil en este contexto hacer una distinción entre (1) una situación en donde el motor es "cargado" por la transmisión, es decir, el torque en la entrada de la transmisión tiende a disminuir la velocidad del motor, y (2) la condición opuesta en donde el motor es "descargado", es decir, el torque en la entrada de la transmisión tiende a impulsar el motor. La descarga del motor ocurre en el desbocamiento o sobremarcha en relaciones fuera del neutral de engranaje. La potencia fluye de las ruedas al motor y es disipada por fricción en este, proporcionando el "frenado del motor". En esta condición, en un tren de transmisión de potencia controlado en forma electrónica, es convencional cerrar la alimentación de combustible del motor, aplicando una demanda de torque cero en este. Sin embargo, el desbocamiento o sobremarcha no siempre provoca que el motor sea descargado. En relaciones de transmisión recíproca entre las singularidades, el motor siempre se encuentra cargado a pesar de cualquier torque de
sobremarcha en la salida de la transmisión/ruedas del vehículo. La falla para tomar en cuenta de esto conduce a la pérdida de control de la velocidad del motor en las condiciones excepcionales en donde son experimentadas las singularidades. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se presenta un método de operación de un tren de transmisión de potencia de vehículo motor que comprende una transmisión variable en forma infinita y un motor, la transmisión incluye una entrada giratoria de transmisión acoplada con el motor, una salida giratoria de transmisión acoplada con las ruedas del vehículo, un variador que proporciona una relación variable en forma continua (la "relación del variador"), y el tren de engranajes para el acoplamiento del variador entre el motor y las salidas de transmisión, de tal modo que la relación de la velocidad de la salida de la transmisión con la velocidad de entrada de la transmisión (la "relación de transmisión recíproca") es una función de la relación del variador, que el intervalo disponible de las relaciones del variador se mapea sobre ambas relaciones de transmisión recíproca de movimiento hacia adelante y de reversa, y que en una relación particular del variador (la "relación neutral de engranaje") la salida de la transmisión es fija a pesar de estar siendo acoplada a través de la transmisión con la entrada giratoria de transmisión, el
método se caracteriza porque comprende el sostenimiento de la velocidad del motor en un intervalo de bajas relaciones de transmisión recíproca que contienen y se extienden hacia cualquier lado del neutral de engranaje, mediante la aplicación de una demanda de torque de impulsión al motor aún cuando el tren de transmisión de potencia esté operando en sobremarcha . En particular, el torque de impulsión es más que suficiente para superar las pérdidas internas del motor. Por lo tanto, la potencia fluye del motor hacia la transmisión a pesar de que el tren de transmisión de potencia se encuentre en desbocamiento o sobremarcha. Es particularmente preferido que el intervalo mencionado de las relaciones se extienda al menos de una relación de singularidad a la otra. Se ha establecido que, entre las singularidades, la carga aplicada por la transmisión al motor aumenta a medida que el torque de sobremarcha en la salida de la transmisión se incrementa. En una modalidad particularmente preferida, el método comprende la demanda de torque de motor en respuesta al incremento del torque de sobremarcha en la salida de la transmisión . El método puede ser aplicado en particular a las transmisiones que utilizan un variador del tipo "controlado
de torque". Estos variadores son conocidos en la técnica y un ejemplo será descrito más adelante. Un variador convencional recibe una señal de control indicando una relación requerida, y es construido y controlado para ajustarse por sí mismo a esta relación. En contraste, un variador controlado de torque reside en su lugar una señal que indica un torque requerido de rea cción , definido como la suma de los torques en la entrada y la salida del variador. De esta manera, el torque de reacción es el torque neto que tiende a girar la totalidad del variador corporal, el cual tiene que ser reaccionado de regreso a los montajes del variador. La relación no es directamente regulada. En su lugar, el variador crea el torque requerido de reacción y acomoda en forma automática los cambios de relación que se originan de la aceleración del motor y/o vehículo. Existe un retraso inevitable entre un cambio en la demanda de torque del motor y un cambio correspondiente en el torque de motor suministrado, de manera particular, en donde el cambio sea efectuado mediante la alteración de la alimentación de combustible al motor. En el desbocamiento o sobremarcha, a medida que la relación de transmisión recíproca pasa a través de la singularidad, mientras que se eleva o cae hacia cero (neutral de engranaje), el motor cambia de ser descargado a cargado. A menos que el torque del motor se encuentre inmediatamente disponible, a pesar del
retraso, la velocidad del motor caerá con el riesgo de parar el motor. Una modalidad particularmente preferida de la presente invención comprende, mientras se opera en sobremarcha y a medida que la relación de transmisión recíproca se eleva o cae hacia cero, se incrementa la demanda de torque del motor en anticipación de la relación de transmisión recíproca que pasa a través de cualquiera de las singularidades . De preferencia, el incremento en la demanda de torque tiene el efecto de proporcionar un torque de motor de impulsión cuando la relación de transmisión se encuentre en la singularidad o antes de este tiempo. Normalmente, el motor en cuestión sería un motor de combustión interna y de manera más específica, un motor no gobernado por la velocidad, tal como por ejemplo, un motor común de gasolina. Los motores que gobiernan o manejan su propia velocidad, tal como ciertos motores diesel, no todos son sometidos a los mismos problemas. Sin embargo, la invención podría ser utilizada en forma concebible con trenes de transmisión de potencia que tengan motores de otros tipos y la palabra "motor" debe entenderse que cubre las unidades giratorias de transmisión de potencia de otros tipos que incluyen motores eléctricos. De acuerdo con un segundo aspecto de la invención,
existe un sistema de control para un tren de transmisión de potencia de vehículo motor que comprende una transmisión variable en forma infinita y un motor, la transmisión incluye una entrada giratoria de transmisión acoplada con el motor, una salida giratoria de transmisión acoplada con las ruedas del vehículo, un "variador que proporciona una relación variable en forma continua ("la relación del variador") , y un tren de engranaje para el acoplamiento del variador entre la entrada y salida de la transmisión de tal modo que la relación de la velocidad de salida de la transmisión con la velocidad de entrada de la transmisión (la "relación de transmisión recíproca") es una función de la relación del variador, en la que el intervalo disponible de las relaciones de variador se mapea sobre ambas relaciones de transmisión recíproca de movimiento hacia adelante y de reversa, y que en una relación particular del variador (la "relación neutral de engranaje") la salida de la transmisión es fija a pesar de estar siendo acoplada a través de la transmisión con la entrada giratoria de la transmisión, el variador es del tipo que es construido para proporcionar un torque requerido de reacción y para acomodar en forma automática los cambios en la transmisión/relación del variador, y el sistema de control tiene dos estrategias para determinar el torque de reacción requerido del variador, una estrategia por omisión y una estrategia de manejo de singularidad, y es situado para
manejar el control de la estrategia de omisión con la estrategia de manejo de singularidad cuando la relación de transmisión se aproxime a cualquier singularidad en la condición de desbocamiento o sobremarcha. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS A continuación, las modalidades específicas de la presente invención serán descritas sólo por medio de ejemplo, con referencia las figuras que la acompañan, en las cuales: La Figura la es una gráfica de un torque de entrada de la transmisión (torque de carga del motor) contra la relación del variador para distintos valores del torque de reacción; La Figura lb es una gráfica del torque de salida de la transmisión (torque de la rueda) para los mismos valores del torque de reacción; Las Figuras 2a y 2b corresponden con las Figuras la y lb excepto que muestran torque esperados de una transmisión eficiente de energía infinitamente notacional; La Figura 3 es una representación simplificada en gran medida de un variador para uso en la implementación de la presente invención; La Figura 4 es una representación esquemática en gran medida de un tren de transmisión de potencia que puede operarse de acuerdo con la presente invención; La Figura 5 es una gráfica de la relación de transmisión contra el torgue de rueda, que muestra en cuales
regiones el motor es cargado por la transmisión; La Figura 6 es una gráfica de un valor de desviación utilizado por el sistema de control que incluye la presente invención; La Figura 7 es una representación gráfica adicional de la función de desviación; La Figura 8 es una representación gráfica de un evento transitorio; y La Figura 9 es una representación esquemática de una transmisión que puede operarse de acuerdo con la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se deriva del análisis del comportamiento de la transmisión, en relaciones alrededor del neutral de engranaje, que se representa de manera gráfica en las Figuras la y lb. Ambas muestran la relación del variador a lo largo del eje horizontal. Esto es una función, aunque no es lo mismo que, de la relación de transmisión recíproca. Las gráficas no incluyen el intervalo total de relaciones disponibles del variador, sino sólo un intervalo pequeño en cualquier lado de la relación del neutral de engranaje, la cual en este ejemplo es de -1.7. Esta es la relación del variador que origina una reducción infinita de velocidad a partir de la transmisión como un conjunto, es decir, la velocidad de salida de la transmisión es de cero. Los puntos en el lado a mano derecha de la relación corresponden con el
movimiento del vehículo hacia adelante y los puntos hacia el lado a mano izquierda corresponden con el movimiento del vehículo de reversa. En la Figura la, el eje vertical representa el torque ejercido por la transmisión en su entrada, es decir, el torque de carga (o descarga, en el caso de valores negativos) aplicado al motor a través de la transmisión. En la Figura lb, el eje vertical representa el torque en la salida de la transmisión, es decir, el torque pasado hacia las ruedas impulsadas del vehículo motor. Los valores positivos corresponden con el torque de rueda de movimiento hacia adelante y los valores negativos con el torque de rueda de movimiento de reversa. Ambas gráficas muestran seis distintas líneas numeradas 1-6, cada una de las cuales corresponde con un distinto ajuste de torque de reacción del variador. En un variador controlado en forma hidráulica del tipo conocido que será descrito más adelante, estos ajustes corresponden con las respectivas diferencias distintas de presión que son aplicadas en los actuadores del variador, y las presiones relevantes son mostradas en una llave por encima de las figuras. Las líneas 1, 2 y 3 representan el torque de rueda de movimiento hacia adelante
(es decir, una situación en la cual las ruedas empujan el vehículo hacia adelante) mientras que las líneas 4, 5 y 6 representan el torque de rueda de movimiento de reversa. Por comparación, las Figuras 2a y 2b corresponden con las Figuras
la y lb aunque muestran una situación idealizada en la cual la transmisión es tomada para que sea de una eficiencia del 100 por ciento. En la Figura 2a puede observarse que para un motor de transmisión perfectamente eficiente, la carga cae hasta cero en la singularidad de neutral de engranaje, sin considerar el torque de reacción creado por el variador. Sin embargo, al comparar esto con el comportamiento de una transmisión real representada en las Figuras la y lb, que tiene dos singularidades separadas en cualquier lado del neutral de engranaje: La "singularidad de sobremarcha de reversa" 8 será hacia la izquierda del neutral de engranaje, es decir, el vehículo moviéndose hacia atrás, y es experimentada con un torque de rueda de movimiento hacia adelante (líneas 1, 2 y 3) . Para todos los torques de rueda de movimiento hacia adelante (por encima de un cierto mínimo) , la carga del motor (el eje vertical en la Figura la) cae hasta cero en esta singularidad; La "singularidad de sobremarcha hacia adelante" 10 será hacia la derecha del neutral de engranaje, es decir, el vehículo moviéndose hacia adelante, y es experimentado con el torque de rueda de movimiento de reversa. Para todos los torques de rueda de movimiento de reversa (una vez más, por encima de un cierto mínimo) , la carga del motor cae hasta
cero en esta singularidad. La diferencia entre las Figuras lb, 2a y 2b es provocada por la energía disipada en una transmisión real debido a la ineficiencia, las pérdidas de fricción, etcétera. La condición para que el torque de entrada (carga) caiga hasta cero es que estas pérdidas de fricción tienen que ser balanceadas a través de la energía recibida por la transmisión a través de su salida. Por lo tanto, las singularidades sólo pueden ser experimentadas en una condición de desbocamiento o sobremarcha, es decir, cuando la dirección del torque de rueda aplicado por la transmisión sea opuesta a la dirección de rotación de las ruedas. Considerando por ejemplo la línea 1, que representa una condición de torque de movimiento de rueda hacia adelante (Figura lb) . Se supone que el vehículo se encuentra inicialmente en el estado representado por el punto X. Este se está moviendo hacia adelante (la relación del variador es hacia la derecha del neutral de engrana e) ; el torque de la rueda es hacia adelante (véase la Figura lb) y el motor está siendo cargado, y de este modo, debe ser alimentado con combustible con el fin de sostener su velocidad. Además se supone que a pesar del torque de rueda de movimiento hacia adelante, el vehículo está desacelerando, por ejemplo, debido a que está subiendo por una montaña inclinada. Si la velocidad del motor fuera sostenida, a medida que el vehículo
desciende de velocidad, la relación debe caer, de modo que el punto de operación se mueva hacia la izquierda en las gráficas. En el punto Y, el vehículo alcanza una parada o detención y de manera subsiguiente, comienza a rodar hacia atrás hacia abajo de la montaña, de esta manera, la transmisión se mueve en reversa. El análisis idealizado que se representa a través de la Figura 2a sugeriría que tan pronto como el vehículo comienzan a rodar hacia atrás, el motor comienza a ser descargado en forma progresiva. Sin embargo, en la práctica (Figura la) la transmisión de la condición de carga a la de descarga del motor no se realiza hasta que el vehículo haya comenzado a moverse hacia atrás y en consecuencia, la relación ha caído, hasta la relación de la singularidad de sobremarcha de reversa 8. En el punto Z, hacia la izquierda de la singularidad, el motor está siendo descargado en forma progresiva. La singularidad de sobremarcha de reversa 8 también puede ser experimentada en una situación en donde el vehículo se está desplazando inicialmente hacia atrás (punto Z) aunque el conductor demande el torque de rueda de movimiento hacia adelante. Esta condición es experimentada por ejemplo, en lo que es referido como "movimiento corto de ida y vuelta o vaivén", en donde el conductor primero mueve en reversa el vehículo y posteriormente, desplaza el control de impulsión hacia "adelante" mientras que el vehículo se encuentra en
movimiento. En un tipo neutral de engranaje de transmisión, es proporcionado el torque de rueda requerido de movimiento hacia adelante, mientras que se mueve hacia atrás mediante el cierre de la alimentación de combustible del motor y su descarga. El vehículo acelera hacia adelante (es decir, se mueve despacio hacia el neutral de engranaje) , lo cual puede originar que está siendo alcanzada la condición de singularidad. Esto sucede antes de que la relación llegue al neutral de engranaje. La singularidad de sobremarcha hacia adelante puede ser aproximada, en forma similar, desde cualquier dirección, aunque una vez más, aunque siempre en una condición de sobremarcha. Se supone por ejemplo que el vehículo se encuentra inicialmente fijo o en reversa y que se está orientando hacia abajo de una montaña, como resultado de lo cual acelera hacia adelante a pesar del torque de rueda de movimiento de reversa. Las líneas relevantes son las nos. 4, 5 y 6 en las Figuras la y lb, y la singularidad de sobremarcha hacia adelante se encuentra en este escenario aproximada hacia la izquierda. El movimiento corto de ida y vuelta o vaivén hacia la reversa, mientras el vehículo se está moviendo hacia adelante, provocaría que el tren de transmisión de potencia se aproxime a la misma singularidad desde la derecha, en las gráficas. Con el fin de explicar las implicaciones de las
singularidades, primero que todo es necesario considerar los retos particulares que son encontrados durante la regulación de una transmisión controlada por torque, incluso en relaciones fuera de las singularidades. Para este fin, las Figuras 3 y 4 proporcionan representaciones esquemáticas en gran medida, de manera respectiva, de un variador adecuado para uso en la implementación de la presente invención y de un tren de transmisión de potencia que incorpora el variador. La materia mostrada en estas figuras no es nueva por sí misma. Más detalles sobre la construcción y el funcionamiento del variador y el tren de transmisión de potencia pueden ser encontrados en el portafolio de patentes de Torotrak (Development ) Ltd, y a este respecto la referencia es dirigida en particular a la Patente Europea 0444086. El variador 11 en estas figuras es el tipo de tracción de rodamiento de pista toroidal, aunque la presente invención no se limita a los variadores construidos de este modo. Un rodillo 12 (que sería un variador práctico de un conjunto) funciona y sirve para transferir la transmisión de movimiento entre dos pistas 14, 16. El rodillo tiene la capacidad para cambiar su ángulo hacia el eje común 18 de las pistas mediante la progresión alrededor del eje de precesión 20. Este también es sometido a una fuerza ajustable que tiene un componente F a lo largo de la dirección circunferencial, a través de un actuador hidráulico 22, y tienen la capacidad de
moverse hacia atrás y hacia adelante a lo largo de la dirección circunferencial . Los cambios de la relación involucran el movimiento del rodillo hacia atrás o hacia adelante a lo largo de esta circunferencia, como resultado de lo cual las pistas 14, 16 ejercen sobre este un momento de dirección, provocando que éste tenga un movimiento con precesión (es decir, el movimiento cónico de rotación en torno de una posición media que toma en el espacio el eje de los cuerpos que giran sobre sí mismos con movimiento giroscópico) , y de este modo, que cambie los radios relativos de las trayectorias de las pistas de rodillo sobre las pistas, permitiendo el cambio de relación. La fuerza F es igual y opuesta a la suma de las fuerzas fi + f ejercidas por las pistas sobre el rodillo. Además, la suma de fi + f2 es proporcional a la suma de los torque es Tde entrada y e salida ejercidas por el rodillo 12 sobre las pistas respectivas 14, 16. Por lo tanto, la suma de Tde entraa + Tde salida es referida en la presente como el torque de reacción del variador, que en todo momento es proporcional a la fuerza del actuador F. Al controlar la fuerza del actuador, el torque de reacción es directamente controlado. De acuerdo con este procedimiento, esta no es la relación del variador que es seleccionada y ajustada a través del variador, sino que es el torque de reacción. A este respecto, el tren de transmisión de potencia en cuestión es
totalmente diferente de la norma. La mayoría de las transmisiones son construidas, de manera que reciban una entrada, ya sea hidráulica, eléctrica o de alguna otra forma, que sea indicativa de la relación requerida y que adopten una relación que sea una función de la señal. Este no es el caso en el tipo de variador "controlado por torque" y la transmisión considerados en la presente. En su lugar, el variador establece un torque requerido de reacción y su relación cambia en forma automática para acomodar los cambios en el motor y la velocidad del vehículo. Se pretende que la Figura 4 aclare este aspecto de la operación de la transmisión. Un bloque E representa el momento total de inercia Je acoplado con la entrada del variador y de este modo, incluye los momentos de inercia de los componentes giratorios del motor, del engranaje que acopla el motor con el variador, de la pista 14, etcétera. Este bloque es mostrado (en este dibujo altamente estilizado) que es directamente acoplado con la pista 14 del variador 11. Obviamente, en realidad existe un engranaje de intervención, el cual en algunas modalidades incluye una desviación de epicíclico. Un bloque adicional V representa el momento total de inercia Jv, acoplado con la salida del variador y de este modo, incluye los momentos de inercia de los componentes del sistema de transmisión corriente abajo, el eje de impulsión, el engranaje diferencial, las ruedas impulsadas, etc., y
también la inercia del vehículo por sí mismo. En el lado del motor del variador, el torque neto disponible para acelerar la inercia Je es la suma del torque del motor Te y la carga Tde entrada ejercida sobre la pista 14 por el rodillo del variador. Mientras se equilibran estos torques, es decir, que sean iguales y opuestos, la velocidad del motor es constante. Una falta de calidad provoca un torque neto sin cero que actúa sobre la inercia Je y la consecuente aceleración del motor. El rodillo del variador mueve en forma automática y realiza el movimiento de precesión para acomodar el cambio consecuente de la relación de transmisión. Será aparente que con el fin de controlar la velocidad del motor, es necesario en un modo dinámico controlar el equilibrio entre el torque del motor y el torque de carga Tde entrada aplicado en el motor por la transmisión. En el vehículo/lado del salida del variador, el torque neto disponible para acelerar la inercia Je es en función del equilibrio entre (1) el torque de salida del variador Tde slida y (2) los torques aplicados en forma externa, a partir de los frenos del vehículo, las ruedas (debido al arrastre, el gradiente de carretera), etcétera. Cualquier torque resultante neto se encuentra disponible para acelerar el vehículo . El variador acomoda en forma automática los consecuentes cambios de la relación de transmisión. Una vez más debe enfatizarse que la Figura 4 es
altamente simplificada y sólo sirve para ilustrar ciertos principios . Los componentes principales de funcionamiento de una transmisión real son representados en la Figura 9, en la cual el variador es indicado en 100 y la desviación de epicíclico en 102. El variador es conectado en un lado por medio del tren de engranajes R2 con la entrada de transmisión 104, y de este modo con el motor, y en su otro lado con el engranaje de sol de la desviación de epicíclico 102. El portador de la desviación de epicíclico también es conectado con el eje de entrada de transmisión 104 por medio del tren de engranajes Rl . En consecuencia, es formado un circuito de recirculación de potencia que contiene el variador y la desviación, como es conocido por aquellas personas expertas en la técnica y es indicado por una flecha curveada. El acoplamiento del eje de salida de transmisión 106 puede ser a través de cualquiera de dos rutas. El cierre de un embrague de alto régimen 108 y la abertura del embrague de bajo régimen 110 crea una vía de impulsión de la entrada de la transmisión a través del tren de engranajes R2 , el variador 100 y el tren de engranajes R3 hacia la salida de la transmisión. La desviación del epicíclico es rodeada de manera efectiva. Un alto régimen es utilizado para proporcionar relaciones más altas de transmisión recíproca hacia adelante y no una en neutral de engranaje. A fin de proporcionar relaciones más bajas, el embrague de bajo
régimen 110 es acoplado y el otro embrague es desacoplado, de modo que la transmisión de movimiento o impulsión a la salida de transmisión 106 será tomada del engranaje anular de la desviación de epicíclico 102. El bajo régimen proporciona un neutral de engranaje. Sólo en el régimen bajo se generan los problemas considerados en la presente. Es requerido un sistema de control, que es normalmente implementado en forma electrónica, el cual maneja el torque demandado del motor y el torque de reacción demandado del variador en un modo coordinado, con el fin de
(1) controlar el equilibrio dinámico en el motor/interconexión de transmisión para variar la velocidad del motor y el torque según sea necesario mientras que al mismo tiempo (2) proporciona un torque en la salida del tren de transmisión de potencia, las ruedas impulsadas del vehículo, lo cual refleja de manera adecuada el requerimiento del conductor. Esto es realizado si se controlan dos variables, la demanda de torque del motor y la demanda de torque de reacción del variador. Los problemas particulares que se refieren al control del motor serán considerados en primer lugar, antes de continuar describiendo un sistema adecuado de control. En el desbocamiento o sobremarcha, en relaciones de transmisión recíproca fuera de las singularidades, la potencia fluye de las ruedas por medio de la transmisión
hacia el motor, en donde es disipada por fricción. La velocidad del motor es sostenida por la acción de la transmisión. De esta manera, el motor puede ser cerrado de la alimentación del combustible (la demanda del torque aplicado de cero) . El punto Z de la Figura la representa esta condición. Sin embargo, a medida que la relación se aproxima al valor de singularidad 8, el torque en la entrada de la transmisión cae hacia cero. Un punto es alcanzado en donde la velocidad del motor no puede ser sostenida sólo por la transmisión y la consecuencia en los prototipos anteriores, ha sido que la velocidad del motor cae de manera correspondiente con el mal comportamiento resultante del tren de transmisión de potencia. Además, en relaciones entre las singularidades, la potencia siempre fluye del motor hacia la transmisión, incluso en la sobremarcha. Por lo tanto, la velocidad del motor no puede ser mantenida por el torque de la transmisión/ruedas. En su lugar, el motor debe ser alimentado con combustible (en virtud de una demanda de torque positivo) si éste fuera a sostener su velocidad. Por lo tanto, en el sistema que será descrito más adelante, mientras que la velocidad del motor será sostenida, la demanda de torque en el motor siempre será positiva para las relaciones entre las dos singularidades. No obstante, se observa que podrían existir condiciones en donde, la velocidad de motor en la entrada al
intervalo relevante de relación que ha sido excesiva, es necesario reducir la velocidad del motor. En esta circunstancia, el motor puede ser cerrado de la alimentación de combustible incluso en relaciones entre las singularidades. En un motor de transmisión controlada por torque, la velocidad será constante si el torque del motor fuera igual a la carga aplicada al motor por la transmisión. La Figura la es una gráfica de la última cantidad. Se considera el intervalo de relación del variador de la singularidad de sobremarcha de reversa 8 al neutral de engranaje. El torque de rueda de movimiento hacia adelante (líneas 1, 2 y 3) crea una condición de desbocamiento o sobremarcha. La gráfica demuestra que la carga del motor en realidad se incrementa con el aumento del torque de la sobremarcha. Esto es lo opuesto de la situación usual, en relaciones fuera de las singularidades, en donde el incremento del torque de sobremarcha aumentaría la descarga del motor. La explicación es que el incremento del torque de sobremarcha crea un aumento en la recirculación de potencia en la transmisión
(referirse una vez más a la Figura 10, que muestra el circuito en el cual la potencia es recirculada) y como resultado, la pérdida de potencia debido a la ineficiencia del variador también es incrementada, superando en valor el incremento en la potencia de entrada de las ruedas.
Por lo tanto, el presente sistema incrementa la demanda de torque del motor en respuesta a un aumento en el torque de sobremarcha, mientras que la relación se encuentra entre las dos singularidades. Además, el retraso de tiempo entre el cambio en la alimentación de combustible al motor y el correspondiente cambio en el torque de salida del motor necesita ser permitido. Si la alimentación de combustible del motor fuera comenzada en base al paso través de la singularidad, entonces debido al retraso, la carga del motor comenzaría antes de que el torque del motor estuviera disponible para sostener la velocidad del motor. La solución es incrementar la alimentación de combustible del motor a medida que la singularidad es aproximada y an tes de que comience la carga del motor. El sistema anticipa alcanzar y pasar la relación a través de la singularidad y prepara el motor, a través de su alimentación previa de combustible, para crear el torque necesario para sostener su propia rotación. A continuación, con referencia al otro torque de reacción variable de control, existen en principio dos formas diferentes para calcular el torque de reacción que será demandado del variador, las cuales eran referidas como las estrategias A y B: A. La demanda de torque de reacción puede ser calculada a partir del torque requerido en la entrada del
variador, tomando en cuenta la relación actual del variador; o B. La demanda de torque de reacción puede ser calculada a partir de un torque requerido en la salida del variador, una vez más, tomando en cuenta la relación actual del variador. De manera general, la estrategia A es una estrategia más apropiada, debido a que facilita el manejo del equilibrio dinámico del motor/torque de transmisión mencionado. La implementación detallada de esta estrategia no será descrita en la presente. El lector es referido a la Solicitud de
Patente Internacional de Torotrak PCT/GB04/032993 para los detalles. Sin embargo, resumiendo esta implementación, que involucra : 1. Seleccionar, en base a la entrada del conductor
(normalmente a través del control del acelerador) los valores objetivo de la velocidad y torque del motor; 2. Seleccionar una demanda de torque aplicada al motor a la suma de (i) el torque objetivo del motor y (ii) el ajuste del torque necesario para acelerar la inercia en el lado del motor Je hacia la velocidad objetivo del motor; 3. Estimar el torque de salida instantáneo esperado del motor en respuesta a la demanda de torque (debido a los retrasos actuales del torque del motor por detrás de la demanda bajo condiciones dinámicas) y
4. Ajustar el torque de reacción del variador, de manera que el torque ejercido por el variador en su entrada sea igual al torque estimado de salida del motor, menos el ajuste del torque. Un sistema práctico también involucra la corrección de circuito cerrado en la velocidad del motor, en base a una predicción de la aceleración del motor. Esta predicción es obtenida al sustraer la carga aplicada al motor (calculada a partir del torque de reacción del variador, utilizando un modelo de la transmisión) del torque instantáneo esperado de salida. Esto proporciona el torque neto que actúa sobre la inercia en el lado del motor (Je, Figura 4) de modo que la aceleración del motor puede ser entonces encontrada a través de los principios de Newton. Sin embargo, se analiza la estrategia A, a medida que la transmisión se aproxima a las singularidades. En una singularidad, el variador ejerce un torque de cero en su entrada, sin considerar el ajuste del torque de reacción. En esta condición, el cálculo en la etapa 4 involucra una división entre cero. En relaciones cercanas a la singularidad, las inexactitudes son amplificadas y el cálculo del torque de reacción de este modo puede originar la creación del torque en las ruedas impulsadas, lo cual se desvía inaceptablemente de la expectativa del conductor, y que es sometido a una oscilación inaceptable.
Se recuerda que las singularidades sólo son experimentadas en condiciones de "sobremarcha". En la proximidad de las singularidades, debido a que la relación de transmisión es baja, el torque aplicado en el motor por la transmisión es relativamente pequeño. Además, las singularidades ocurren en situaciones de subida y bajada o ascensión/descenso de montaña, en el cual algún "enderezamiento" del motor es aceptable para el conductor a fin de proporcionar el torque requerido de sobremarcha. Estos factores hacen adecuada la estrategia B. El torque de reacción puede estar directamente basado en la petición de torque de la rueda del conductor, puesto que es comunicado a través del acelerador y los controles de conducción. A continuación, es necesario un método para seleccionar cuál de las dos estrategias será utilizada en cualquier instante dado. Se observa a partir de las Figuras la y Ib que en cualquier lado de la relación de singularidad, la entrada es cargada o descargada, en función de la dirección de la relación de transmisión. El sistema de control utiliza este conocimiento para determinar a través de cual estrategia puede ser obtenida la demanda de torque de reacción. Si el motor fuera a ser descargado, ninguna compensación sería necesaria para su respuesta dinámica y por lo tanto, podría ser aplicada la estrategia B. La Figura 5 muestra la relación de transmisión en el eje horizontal y el torque de salida de
la transmisión (torque de rueda) en el eje vertical. En el área oscura, denominada como el área normal de conducción, el motor es cargado. En las áreas claras, el motor es descargado . El sistema de control emplea una función de desviación cuyo valor varía entre cero (para seleccionar la estrategia B) y 1 (para seleccionar la estrategia A) , como se muestra en la llave. La función de desviación debe tomar en cuenta tanto la relación de transmisión como el signo de la petición de torque de rueda del conductor. La Figura 6 muestra la variación del valor de desviación (eje vertical) con la relación (eje horizontal) y contiene dos líneas 60 y 62, la anterior puede ser aplicada cuando el torque requerido de rueda sea positivo y la última cuando sea negativo. El sistema de control realizó una prueba en base al signo de la petición del torque de rueda para determinar cuál es relevante. La forma de la función de desviación proporciona un cambio progresivo de la estrategia de control a medida que la singularidad se aproxima. Se observa que el cambio para la estrategia B se realizan antes de que la relación alcance la singularidad . El cambio de la estrategia de control también puede ser provocado por el cambio en la petición de torque de rueda del conductor, es decir, por el movimiento del punto de operación a lo largo del eje y en la Figura 6. Fuera de las
relaciones de singularidad, en la sobremarcha, existen distintos requerimientos en función de la entrada del conductor. Por ejemplo, cuando el conductor "retrocede" (eleva su pie del pedal del acelerador) el requerimiento es para un cierto nivel (pequeño) de torque de rueda de movimiento de reversa (sobremarcha) mientras que el control de velocidad del motor es mantenido. No obstante, si el conductor "se moviera con rapidez" cambiando el control del conductor de "conducir" en "reversa" mientras se encuentre en movimiento, entonces esto indica una expectativa de un torque más grande de rueda de sobremarcha y el control de velocidad del motor puede ser comprometido, permitiendo que la velocidad del motor, se "enderece" para conseguir esto. Por lo tanto, durante el retroceso, la desviación será 1, o cercana a este, mientras que durante el movimiento rápido debe ser de cero o un valor menor. Tomando en cuenta estos requerimientos, el sistema de control selecciona los límites superior e inferior del torque de rueda, por encima y por debajo del torque de rueda demandado por el conductor, y utiliza estos para imponer los límites en el torque de reacción, con lo cual se garantiza que el torque de rueda no se aparte de los límites. La Figura 7 representa una versión de la función de desviación modificada para tomar en cuenta lo anterior. Los límites del torque de rueda son etiquetados como "superior" e "inferior"
a aunque obviamente éstos podrían variar con la demanda del conductor . La determinación actual del torque de rueda demandado por el conductor es tomada en base de la posición del control de acelerador del conductor (pedal) tomando también en cuenta la velocidad actual del vehículo. La presente invención ha sido encontrada en la práctica para realizar una mejora posible dramática en el control de la velocidad del vehículo alrededor de un neutral de engranaje (es decir a bajas velocidades del vehículo) .
Como una consecuencia, pueden ofrecerse nuevas funciones al conductor. Por ejemplo, puede ofrecerse al conductor la facilidad para establecer una velocidad elegida de vehículo
(baja), tal como 1.61 kilómetro (1 milla) por hora, la cual será entonces mantenida por el control del sistema de transmisión a pesar del terreno variable. La velocidad elegida podría ser de cero, en este caso, el sistema de transmisión sirve para mantener fijo el vehículo. Estas facilidades son particularmente útiles para vehículos de conducción de cuatro ruedas de "todo terreno". Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.