PL174880B1

PL174880B1 - Sposób sterowania zespołem napędowym pojazdu

Info

Publication number: PL174880B1
Application number: PL94313704A
Authority: PL
Inventors: Christopher J. Greenwood
Original assignee: Torotrak Dev Ltd
Priority date: 1993-10-01
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 1998-09-30
Also published as: JPH09503280A; CN1132542A; PL313704A1; US5820513A; EP0719394A1; DE69404470D1; GB9419138D0; JP3577315B2; GB9320241D0; GB2282423B; DE69404470T2; BR9408146A; CN1057150C; KR100314295B1; WO1995009996A1; GB2282423A; EP0719394B1; ATE155863T1; KR960705160A

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania zespołem napędowym pojazdu, zawierającym przekładnię o przełożeniu zmiennym w sposób ciągły, którego wejście jest połączone z silnikiem lub innym głównym zespołem uruchamiającym, a wyjście obrotowe stanowi przekładnia główna napędowa, w łodziach, samolotach, pojazdach szynowych i innych, szczególnie w pojazdach samochodowych, w których przekładnia główna napędowa jest dołączona do koła lub kół napędowych. Zespół napędowy zawiera w innych przypadkach na przykład napęd pasowy typu Koppa lub Beiera, w którym element zmieniający przełożenie jest sterowany bezpośrednio i mechanicznie dla określenia przełożenia chwilowego. Przy najczęstszym zastosowaniu do przekładni o przełożeniu zmiennym w sposób ciągły, typu trakcji tocznej o bieżni pierścieniowej, nie ma takiego bezpośredniego sterowania mechanicznego wałami. Tutaj ustawienie kątowe, do którego przekładnie dochodzą, a więc przełożenie, które przenoszą, jest określane przez równowagę pomiędzy wypadkowym momentem obrotowym, któremu podlegają, a siłąrobocząprzykładaną do pojazdów, w którym są umieszczone. Takie przekładnie o bieżni pierścieniowej są znane jako typ o sterowanym momencie obrotowym i są przedstawione na przykład w opisach patentowych Wielkiej Brytanii nr 2227287 i 0356102.

Znane jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 836 056 urządzenie sterujące dla układu napędowego pojazdu, zawierające przekładnię o położeniu zmiennym w sposób ciągły. Urządzenie zawiera selektor stanu pracy reagujący na obecnie wymagany sygnał wyjściowy silnika w celu selekcji jednego ze stanów pracy - pierwszego z prędkością zmieniającą się w sposób ciągły i drugiego z prędkością zmieniającą się stopniowo. Urządzenie zawiera pierwszy układ sterujący prędkością w pierwszym stanie pracy, przy minimalnym zużyciu

174 880 paliwa, oraz drugi układ sterujący w drugim stanie pracy, z utrzymywaniem wybranej prędkości w oparciu o wykryty, obecnie wymagany sygnał wyjściowy silnika. W tym rozwiązaniu prędkość obrotowa silnika początkowo wzrasta, bez zmiany prędkości pojazdu, aż do pewnej wartości prędkości obrotowej silnika. Następnie nachylenie wykresu prędkości obrotowej silnika w funkcji prędkości pojazdu jest równe nachyleniu przełożenia, które jest nachyleniem rzeczywistym i przechodzi przez początek wykresu. W celu poprawy ekonomiczności, prędkość obrotowa silnika jest wstrzymywana przez zmianę przełożenia tak, że prędkość obrotowa silnika początkowo zmniejsza się i następnie ponownie wzrasta przy nowym przełożeniu, a nadmierna prędkość obrotowa silnika jest zmniejszona.

Sposób według wynalazku polega na tym, że zakres przełożenia przekładni o położeniu zmiennym w sposób ciągły rozszerza się przez to, że stosuje się dwa stany pracy z przełożeniem synchronicznym występującym pomiędzy tymi stanami pracy, a tę określoną funkcję reprezentuje się graficznie jako linię prostą o nachyleniu odpowiadającym nachyleniu funkcji przełożenia synchronicznego.

Korzystnie reprezentuje się określoną funkcję na wykresie graficznym prędkości obrotowej silnika w zależności od prędkości pojazdu jako linię o zasadniczo stałym nachyleniu, bez względu na początkowąprędkość obrotową silnika i wybraną granicznąwartość prędkości obrotowej silnika.

Korzystnie uzależnia się prędkość włączenia sprzęgła od wymaganego napędu, przy czym przez zwiększenie napędu włącza się większą wartość prędkości włączenia sprzęgła.

Zaletą wynalazku jest zmodyfikowanie wzajemnego sterowania silnikiem i przekładnią o przełożeniu zmiennym w sposób ciągły tak, że chociaż silnik nadal działa zgodnie z linią sterownia z optymalną sprawnością, podczas przynajmniej części przyspieszenia, następującego po naciśnięciu pedału, i odwrotnie, opóźnienia następującego po zwolnieniu pedału, tony silnika i odpowiadający przyspieszeniu są związane ze sobą w sposób bardziej podobny do napędu w konwencjonalnych zespołach napędowych ręcznych i automatycznych.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony na podstawie przykładów wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wykres momentu obrotowego silnika w funkcji prędkości obrotowej silnika, fig. 2 - wykres prędkości obrotowej silnika w funkcji prędkości pojazdu, fig. 3 - wykres podobny do wykresu z fig. 2, z dwoma stanami pracy i fig. 4 - wykres prędkości obrotowej silnika w funkcji położenia pedału przyspieszenia.

Figura 1 przedstawia typowy wykres momentu obrotowego T silnika w funkcji prędkości obrotowej N silnika, a hiperbole 1 wskazują linie stałej mocy. Rzędne 2 i 3 przedstawiają prędkość biegujałowego i prędkość maksymalną. Linia 4 reprezentuje maksymalny moment obrotowy, przy którym silnik jest w stanie pracować w całym zakresie prędkości. Linia 5 reprezentuje zalecaną i określoną wcześniej linię sterowania, dla której silnik jest zaprogramowany podczas pracy, żeby uzyskać przy wymaganej mocy optymalne działanie zgodnie z wybranym kryterium. To kryterium stanowiąna przykład optymalne charakterystyki wydalania spalin lub najmniejszego stukania. W przypadku nowoczesnych układów sterowania silnik jest programowany tak, aby pracować według naprzemiennych linii sterownia, na podstawie których kierowca może wybierać. Zwyklejest wybierana linia 5 w celu uzyskania maksymalnej mocy najednostkę zużywanego paliwa. Linia 8 przedstawia typowy związek pomiędzy momentem obrotowym T silnika i prędkością obrotową N silnika, gdy silnik jest poza normalnym zakresem pracy.

Figura 2 przedstawia typowy wykres prędkości obrotowej N silnika w funkcji prędkości V pojazdu w zespole napędowym pojazdu, w którym silnik jest sterowany tak, jak pokazano na fig. 1 i koła napędowe pojazdu stanowiąprzekładnie głównąnapędową. Linie 9 i 10 odpowiadają rzędnym 2 i 3 z fig. 1, a nachylona linia 11, która przechodzi przez początek 0 układu współrzędnych, odpowiada pierwszemu przełożeniu przekładni o ustalonym przełożeniu i określa minimalne wartości skuteczne prędkości obrotowej N silnika i prędkości V pojazdu, z jakimi jest pożądana praca zespołu napędowego. Rzędna 12 oznacza maksymalnąwartość bezpiecznąprędkości V pojazdu. Obszar, wewnątrz którego zespół napędowy jest zdolny do pracy, jest ograniczony liniami 9, 11, 10 i 12.

174 880

Załóżmy, że pojazd był prowadzony z prędkościąV₁pojazdu i prędkością obrotowąNj silnika w stanie ustalonym, wskazanym przez przecięcie dwóch linii w punkcie 13. Załóżmy, że kierowca chce zwiększyć prędkość jazdy, podczas gdy inne zmienne pozostają stałe. Wykonuje to, naciskając pedał przyspieszenia i żądając przez to większej prędkości obrotowej N₂ silnika. Typowa odpowiedź zespołu napędowego, zaprogramowanego na uruchomienie silnika według linii sterowania 5 fig. 1, doprowadza do osiągnięcia końcowego stanu stabilnego o prędkości obrotowej N₂ silnika i prędkości V₂ pojazdu, wskazanego przez punkt 14, w dwóch etapach. Najpierw następuje bardzo szybki wzrost prędkości obrotowej N1 silnika do prędkości obrotowej N2 silnika w punkcie 15. Następnie ma miejsce zmiana przełożenia przekładni przy stałej prędkości silnika, aby przejść z punktu 15 do punktu 14. Taka zmiana, chociaż jest skuteczna, rozprasza kierowców, w szczególności tych, którzy używali typowych przekładni ręcznych i automatycznych, mających kilka stałych przełożeń. W przypadku takich znanych przekładni kierowca wie, że wzrost prędkości silnika i jazdy następują równocześnie, przy każdym poszczególnym przełożeniu. Ton silnika jest uspokajającym informatorem o prędkości pojazdu i o szybkości zmiany tej prędkości. Jednak gdy działanie pojazdu według fig. 2 zmienia się pomiędzy punktami 13 i 14, informacja dla kierowcyjest mniej jasna. Pomiędzy punktami 13 i 15 ton silnika wzrasta ostro, natomiast prędkość V pojazdu nie zmienia się. Pomiędzy punktami 15 i 14 prędkość pojazdu zmienia się, lecz stały ton silnika sugeruje coś przeciwnego. W żadnej chwili, podczas przejścia od punktu 13 do punktu 14, przyspieszenie i ton silnika nie są ze sobą związane w sposób dogodny dla zwykłego kierowcy.

Wówczas gdy silnik nadal działa zgodnie z linią sterowania z optymalną sprawnością, taką jak linia 5 z fig. 1, podczas przynajmniej części przyspieszenia, następującego po naciśnięciu pedału, i odwrotnie, opóźnienia następującego po zwolnieniu pedału, ton silnika i przyspieszenia sązwiązane ze sobąw sposób bardziej podobny do napędu w konwencjonalnych zespołach napędowych ręcznych i automatycznych.

Figura 2 pokazuje linię 11 przełożenia, na przykład przy prędkości pojazdu 5 mil/godz. dla prędkości obrotowej silnika 1000 obr./min., pierwszej przekładni zębatej do przodu o stałym przełożeniu. Ponieważ zerowa prędkość pojazdu odpowiada zerowej prędkości obrotowej silnika przy każdym tak ustalonym przełożeniu, linia 11 przechodzi przez początek 0 układu współrzędnych.

Figura 3 powtarza linię 11, a linia 16 pokazuje przełożenie, na przykład przy 10 mil/godz. dla 1000 obr./min., zarówno dla drugiej przekładni o stałym przełożeniu, jak i dla przełożenia synchronicznego, to znaczy przełożena, przy którym zmiana odbywa się pomiędzy pierwszym i drugim stanem pracy, czyli w dwóch stanach pracy bieżni pierścieniowej lub innego typu. Fig. 3 zawiera także następne linie 17,18 pokazujące stałe przełożenia, na przykład stałe przełożenia odpowiadające 20,30 i 40 mil/godz. dla 1000 obr./min., trzeciej, czwartej i piątej przekładni zębatej do przodu o stałym przełożeniu.

Załóżmy, że pojazd wyposażony w zespół napędowy według wynalazku porusza się w stanie ustalonym, określonym przez punkt 20. Pojazd ma prędkość V₂ jak w punktach 13 i 15 na fig. 2, a silnik pracuje z minimalną dozwoloną prędkością, na przykład 1500 obr./min., co pokazuje linia 9. Kierowca naciska teraz pedał przyspieszenia w stopniu, w którym zespół napędowy jest zaprogramowany tak, żeby interpretować jako żądaną prędkość silnika odpowiadającąprędkości obrotowej N2 silnika, jak w punktach 15 i 14 na fig. 2. W jednym stanie pracy według wynalazku, zespół napędowy odpowiada na żądanie kierowcy w trzech etapach, jak następuje. Najpierw ma miejsce szybki wzrost prędkości obrotowej silnika do wartości określonej jako prędkość włączenia, wpisanej do systemu sterowania jako najmniejsza prędkość, przy której silnik powinien pracować na początku okresu rzeczywistego przyspieszenia. W typowym silniku z fig. 2 i 3, zdolnym pracować pomiędzy prędkością biegu jałowego 1500 obr./min. i prędkością maksymalną, powiedzmy 5000 obr./min., ta prędkość mogłaby być na przykład 2500 obr./min.. Na fig. 3 prędkość włączeniajest tąsamąprędkościąobrotowąNj silnika, jak na fig. 2 i jest reprezentowana przez linię 6, a na końcu pierwszego z trzech etapów odpowiedzi zostaje osiągnięty punkt 13.

174 880

Linia 22, przechodząca przez punkt 13 i początek 0 układu współrzędnych, jest obecnie wybrana przez układ sterowania jako idealna, a równoważna stałemu przełożeniu dla przekładni o przełożeniu zmiennym w sposób ciągły i silnika zespołu napędowego, występującemu w drugim etapie odpowiedzi, podczas którego zespół napędowy przesuwa się od punktu 13 na linii 6 do punktu 23, gdy jest osiągnięta prędkość obrotowa N2 silnika. Podczas tego drugiego etapu odpowiedzi przyspieszenia, zespół napędowy jest zaprogramowany na reagowanie tak, żeby kierowca czuł przyspieszenie pojazdu, jak przy stałym przełożeniu reprezentowanym przez linię 22. Po osiągnięciu żądanej prędkości obrotowej N₂ silnika w punkcie 23, rozpoczyna się trzeci etap odpowiedzi, podczas którego prędkość obrotowa silnika N₂ jest utrzymywana stała tak, że ton silnika nie zmienia się. Każdy dalszy wzrost prędkości pojazdu do wartości końcowej, na przykład w punkcie 24 do prędkości V₂ pojazdu na fig. 2, przy której siła wywierana przez silnik na pojazd jest dopasowana do sił przeciwstawiających się ruchowi pojazdu, będzie wprowadzony poprzez zmianę przełożenia w przekładni.

Wadą przykładu wykonania wynalazku z fig. 3 jest to, że dla przyspieszenia całkowitego pomiędzy punktami 20 i 24, drugi etap o stałym przełożeniu pomiędzy punktami 13 i 23 może być nadmiernie przedłużony w wyniku stosunkowo łagodnego nachylenia linii 22. Odwrotnie, jeżeli wstąpiłoby żądane przyspieszenie prędkości pojazdu od prędkości V₃ pojazdu punkcie 26 do prędkości V₄ pojazdu w punkcie 29 po lewej stronie wykresu, przy pomocy drugiego etapu o stałym przełożeniu pomiędzy punktami 27 i 28, zgodnego z linią 11 o pierwszym przełożeniu, ten etap byłby zbyt krótki ze względu na stromość linii przełożenia. W jeszcze innym przykładzie wykonania wynalazku, również przedstawionym na fig. 3, unika się takich skrajności przez programowanie zespołu napędowego tak, że podczas drugiego etapu o stałym przełożeniu odpowiedzi na żądanie przyspieszenia przez kierowcę, prędkość pojazdu i prędkość obrotowa silnika wzrastają równocześnie, z szybkością równoległą do wybranej linii 16 stałego przełożenia, reprezentującej typowąprzekładnię synchronicznądla przekładni o położeniu zmiennym w sposób ciągły, mającąbieżnię pierścieniową i dwa stany pracy, lub drugą przekładnię zębatą do przodu o stałym przełożeniu. Teraz, tak jak pokazano liniami przerywanymi, przyspieszenie pojazdu od prędkości V, w punkcie 20 do prędkości V2 w punkcie 24 zachodzi pomiędzy punktami 13 i 31 zamiast punktów 13 i 23 tak, że drugi etap odpowiedzijest krótszy niż poprzednio, lecz trzeci etap jest dłuższy. Odwrotnie, dla przyspieszenia od prędkości V₃ pojazdu do prędkości V₄ pojazdu, drugi i trzeci etap są teraz pomiędzy punktami 27,32 i punktami 32,29 zamiast punktów 27,28 i punktów 28,29 tak, że drugi etap jest dłuższy niż poprzednio, a trzeci etap jest krótszy.

W praktyce odpowiedź trój etapowa na żądanie przyspieszenia zespołu napędowego według wynalazku jest nieco wolniejsza niż znana odpowiedź dwuetapowa opisana w odniesieniu do fig. 2. Jednak ten mały wzrost całkowitego czasu zostaje wyrównany przez kierowcę, który jest zdolny lepiej wyczuwać odpowiedź na jego żądanie. Na fig. 3 takie parametry, jak prędkość włączenia, ograniczenie prędkości i różne przekładnie pojęciowe, zostały pokazane wszystkie dla wygody jako linie proste, chociaż możliwe jest zastąpienie ich funkcjami nieprostoliniowymi. W szczególności wartość prędkości włączenia może łatwo wykraczać poza całkowity zakres prędkości pojazdu.

Figura 4 przedstawia wykres prędkości obrotowej N silnika w funkcji położenia P pedału przyspieszenia. Typowy zespół napędowy według wynalazku jest zaprogramowany tak, że trójetapowa reakcja na żądanie przyspieszenia przez kierowcę nie rozpoczyna się, dopóki pedał nie jest obniżony przynajmniej o 30%. Następnie można zażądać ograniczonej prędkości zgodnie z linią35, o dowolnej wartości pomiędzy prędkościąbiegu jałowego reprezentowanąprzez linię 9, i maksymalną prędkością silnika, reprezentowiaiąprzez linię 10. Na fig. 2 i 3 prędkość obrotowa N2 silnika była pojedynczym przykładem przedstawiającym taką ograniczoną prędkość. Na fig. 4, wartość prędkości włączenia wzrasta na przykład równomiernie zgodnie z nachyleniem linii 36 do zakresu lub wartości, która jest utrzymywana przez większość zakresu roboczego zespołu napędowego, na przykład wartości 2500 obr./min. zgodnie z linią 6 na fig. 3. Jednak, jak pokazano w prawej części fig. 4, zespół napędowy jest dogodnie sterowany tak, żeby zwiększać prędkość włączenia do wartości w punkcie 37 znacznie większej tak, że drugi etap o stałym

174 880 przełożeniu odpowiedzi rozpoczyna się przy znacznie większej prędkości silnika, jeżeli pedał przyspieszenia jest prawie całkowicie wciśnięty, na przykład w odpowiedzi na sytuację krytyczną. Na fig. 4, zakreskowana część 38 wykresu pokazuje obszar, w którym zachodzi drugi etap odpowiedzi, a zakreskowana część 39 - obszar, w którym zachodzi etap pierwszego skoku, podczas którego prędkość obrotowa silnika wzrasta gwałtownie, lecz nie ma znacznej zmiany prędkości pojazdu. Jak już opisano, dla każdego żądania przyspieszenia, trzeci etap odpowiedzi rozpoczyna się, gdy prędkość obrotowa silnika osiąga wartość ograniczonej prędkości.

174 880

^F3· ³

Fig. 4

174 880

Fg. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób sterowania zespołem napędowym pojazdu, z silnikiem dołączonym do przekładni o przełożeniu zmiennym w sposób ciągły, mającej dany zakres przełożenia i dołączonej do przekładni głównej napędowej, w której w zakresie roboczym prędkość obrotową silnika ogranicza się do pracy ekonomicznej, podczas czego wiąże się każdą wartość prędkości obrotowej silnika z poszczególną wartością momentu obrotowego silnika, tak że szybko zwiększa się początkowąprędkość obrotową silnika do określonej prędkości włączenia sprzęgła bez znacznego wzrostu prędkości przekładni głównej napędowej, zwiększa się zarówno prędkość obrotową silnika, jak i prędkość napędową, zgodnie z określoną funkcją, aż nada się prędkości obrotowej silnika wybraną wartość graniczną współmierną z żądaniem kierowcy i utrzymuje się prędkość obrotową silnika na wybranej granicznej prędkości obrotowej silnika, pomimo dalszej zmiany końcowej prędkości przekładni głównej napędowej, znamienny tym, że zakres przełożenia przekładni o przełożeniu zmiennym w sposób ciągły rozszerza się przez to, że stosuje się dwa stany pracy z przełożeniem synchronicznym występującym pomiędzy tymi stanami pracy, a tę określoną funkcję reprezentuje się graficznie jako linię prostą o nachyleniu odpowiadającym nachyleniu funkcji przełożenia synchronicznego.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reprezentuje się określoną funkcję na wykresie graficznym prędkości obrotowej silnika w zależności od prędkości pojazdujako linię o zasadniczo stałym nachyleniu, bez względu na początkowąprędkość obrotową silnika i wybraną graniczną wartość prędkości obrotowej silnika.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że uzależnia się prędkość włączenia sprzęgła od wymaganego napędu, przy czym przez zwiększenie napędu włącza się większą wartość prędkości włączenia sprzęgła.

* * *