Способ определения сопротивления движению транспортного средства

Способ определения сопротивления движению транспортного средства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу определения сопротивления движению транспортного средства, который выполняется в совокупности с переключением автоматизированной коробки переключения передач с текущей передачи на результирующую передачу, при этом первое значение сопротивления движению tF_fw_1 определяется перед началом переключения, а второе значение сопротивления движению F_fw_2 определяют в более поздний момент времени для того, чтобы при большем изменении сопротивления движению ΔF_fw=F_fw_2-F_fw_1 произвести корректировку переключения.

Знание сопротивления движению транспортного средства имеет важнейшее значение для того, чтобы иметь возможность оптимально управлять характеристиками переключения автоматизированной коробки переключения передач, т.е. в соответствии с ситуацией движения. Так, на определение числа оборотов переключения, при котором осуществляется уход с текущей включенной передачи путем переключения, и определение результирующей передачи, на которую происходит переключение, существенное влияние оказывает текущее сопротивление движению транспортного средства.

Под сопротивлением движению транспортного средства F_fw, как известно, понимают сумму сопротивления подъему F_steig, сопротивления качению F_roll и сопротивления воздуху F_luft, т.е. F_fw=F_steig+F_roll+F_luft. Согласно общеизвестному уравнению для поиска сопротивления движению

F_zug=F_steig+F_roll+F_luft+F_träg=F_fw+F_träg

сопротивление движению связано с тяговым усилием F_zug приводного двигателя, приходящимся на ведущие колеса транспортного средства, и силу инерции F_träg транспортного средства, которую получают как произведение действительной массы m транспортного средства и текущего ускорения а транспортного средства с помощью уравнения F_träg=m·а. Тем самым, сопротивление движению F_fw можно определить следующим образом:

F_fw=F_zug-m·а.

В то время как определение сопротивления движению F_fw до и после переключения, т.е. при включенной передаче и включенном сцеплении двигателя, не представляет собой проблемы и может происходить известным способом посредством расчета тягового усилия F_zug исходя из крутящего момента двигателя и передаточного числа включенной передачи, а также посредством расчета силы инерции F_träg исходя из действительной массы m и текущего ускорения а транспортного средства, определение сопротивления движению F_fw во время переключения является сложным, так как в этой фазе на трансмиссию со стороны привода воздействуют в целом неизвестные или же сложно измеряемые усилия или крутящие моменты.

Например, в целом неизвестно, как быстро двигатель во время переключения уменьшает свой крутящий момент и снова увеличивает его, какая доля крутящего момента утрачивается за счет синхронизации результирующей передачи, и как могут сказаться на динамике движения транспортного средства, т.е. на текущем ускорении, крутильные колебания, которые могут возникать вследствие процесса переключения, а также выключения и включения сцепления двигателя, вследствие выключения текущей передачи и синхронизации и включения результирующей передачи или вследствие неровностей дорожного полотна. В силу этой проблематики в существующих на данный момент способах управления переключения коробки передач определение сопротивления движению во время переключения не проводится.

При в целом постоянном сопротивлении движению перед, во время и после переключения это не представляет абсолютно никаких проблем, так как выбранная заданная передача в целом оптимально согласована программой переключения при предположении приблизительно постоянного сопротивления движению F_fw в соответствии с имеющейся дорожной ситуацией.

Но если сопротивление движению F_fw во время переключения сильно изменяется, то это может приводить к проблемам, так как программа переключения устройства управления коробкой передач сначала исходит из неправильного сопротивления движению F_fw, а измененное правильное сопротивление движению F_fw может быть определено только с задержкой во времени по завершении переключения.

Например, если во время переключения на повышенную передачу транспортное средство въезжает с ровного участка на больший уклон, то по завершении переключения на повышенную передачу по причине возросшего сопротивления движению F_fw следует немедленно переключиться обратно на пониженную передачу. Но если такое переключение на пониженную передачу выполняется по причине задержки определения нового повышенного сопротивления движению F_fw слишком поздно, то транспортное средство при определенных обстоятельствах может остановиться, если образованный включенной в данный момент передачей крутящий момент двигателя больше не является достаточным для достаточного тягового усилия F_zug.

Такой проблематичной ситуации можно избежать не только немедленным переключением обратно на пониженную передачу, но также и изменением результирующей передачи во время переключения на повышенную меньшую передачу, например на передачу между текущей передачей и результирующей передачей (переключение на повышенную меньшую передачу), на исходную текущую передачу (результирующая передача = текущая передача, нет смены передаточного числа) или на передачу, расположенную ниже текущей передачи (переключение на повышенную передачу становится переключением на пониженную передачу). Однако подобные реакции требуют заблаговременного знания измененного, в выше приведенном примере повышенного, сопротивления движению F_fw.

Поэтому в основу настоящего изобретения положена задача разработки способа определения сопротивления движению F_tw, с помощью которого можно заблаговременно определять изменение сопротивления движению F_fw во время переключения для того, чтобы при необходимости иметь возможность своевременно внести необходимую корректировку переключения.

Решить эту задачу удается посредством способа определения сопротивления движению транспортного средства, который выполняется в совокупности с переключением автоматизированной коробки переключения передач с текущей передачи на результирующую передачу, при этом первое значение сопротивления движению tF_fw_1 определяют перед началом переключения, а второе значение сопротивления движению F_fw_2 определяют в более поздний момент времени для того, чтобы при большем изменении сопротивления движению ΔF_fw=F_fw_2-F_fw_1 произвести корректировку переключения.

При этом предусмотрено, что второе значение сопротивления движению F_fw_2 определяют во время переключения путем регистрации в течение интервала времени Δt, который включает в себя фазу переключения без тягового усилия, нескольких дискретных значений a_i текущего ускорения а транспортного средства, исходя из этих значений ускорения a_i при переключении под нагрузкой определяют минимум ускорения a_min и при переключении без нагрузки определяют максимум ускорения а_max, и с помощью этого экстремального значения ускорения (a_min или а_max) и массы транспортного средства m рассчитывают второе значение сопротивления движению (сопротивления движению во время переключения) F_fw_2 по формуле

F_fw_2=-m·a_min или же F_fw_2=-m·a_max.

Так как интервал времени Δt, в течение которого регистрируются значения ускорения a_i, включает в себя фазу переключения без тягового усилия, то при достаточном временном разрешении он соответствует по меньшей мере одному из значений ускорения a_i того ускорения транспортного средства а, которое вызывается только сопротивлением движению F_fw, так как по причине выключенной трансмиссии тяговое усилие двигателя не действует (F_zug=0).

Это значение ускорения a_i однозначно соответствует при переключении под нагрузкой (тяговом переключении) минимальному значению из значений ускорения a_i, т.е. минимуму ускорения a_min, а при переключении без нагрузки (переключении в режиме принудительного холостого хода) однозначно соответствует максимальному значению из значений ускорения a_i, т.е. максимуму ускорения а_max. Тем самым, с помощью соответствующего экстремального значения ускорения (a_min или а_max) и массы транспортного средства m по формулам

F_fw_2=-m·a_min или же F_fw_2=-m·a_max

рассчитывается относительно точное значение сопротивления движению F_fw во время переключения, которое по времени соответствует примерно середине переключения. Тем самым заблаговременно распознается изменение сопротивления движению ΔF_fw=F_fw_2-F_fw_1, поэтому при большем изменении сопротивления движению F_fw текущее переключение можно своевременно скорректировать.

Ускорение а транспортного средства, определенное во время переключения, т.е. во время фазы переключения без тягового усилия, с помощью экстремального значения из значений ускорения (a_min или а_max), также может использоваться для определения массы транспортного средства m. Но поскольку это относилось бы к другому способу, массу транспортного средства m в данном случае рассматривают как известную величину.

Если согласно предлагаемому способу во время или непосредственно после переключения определяется большее изменение сопротивления движению ΔF_fw, то реакция на это в смысле корректировки текущего переключения может выглядеть, например, следующим образом:

1. Ситуация движения:

Переключение под нагрузкой на повышенную передачу при въезде с ровного участка на подъем:

- после переключения на повышенную передачу немедленное переключение на пониженную передачу (быстрое последующее переключение);

- во время переключения корректировка результирующей передачи на ранее включенную текущую передачу (нет смены передаточного числа);

- во время переключения корректировка результирующей передачи на меньшую передачу (переключение на повышенную передачу становится переключением на пониженную передачу).

2. Ситуация движения:

Тяговое переключение на пониженную передачу при въезде с подъема на ровный участок:

- после переключения на пониженную передачу немедленное переключение на повышенную передачу (быстрое последующее переключение);

- во время переключения корректировка результирующей передачи на ранее включенную текущую передачу (нет смены передаточного числа);

- во время переключения корректировка результирующей передачи на большую передачу (переключение на пониженную передачу становится переключением на повышенную передачу).

3. Ситуация движения:

Переключение без нагрузки на пониженную передачу при въезде с уклона на ровный участок:

- во время переключения корректировка результирующей передачи на ранее включенную текущую передачу (нет смены передаточного числа).

Предпочтительные варианты осуществления предлагаемого способа являются предметом пунктов формулы с 2 по 10.

Для регистрации оптимального экстремального значения ускорения (a_min или а_max) предусмотрено, что значения ускорения a_i соответственно предпочтительным образом определяют с временным интервалом максимум в 10 мс. За счет этого, исходя из опыта обеспечивается, что по меньшей мере одно из значений ускорения a_i соответствует экстремальному значению (a_min или а_max), на который влияет только сопротивление движению F_fw.

Для исключения ошибок измерения и помех при регистрации значений ускорения a_i они целесообразным образом фильтруются перед определением экстремального значения ускорения (a_min или а_max), для чего могут использоваться общеизвестные численные способы.

Интервал времени Δt для регистрации значений ускорения a_i может начинаться с началом выключения сцепления двигателя и заканчиваться с окончанием включения сцепления двигателя. Хотя при этом начальные и конечные значения ускорения a_i по причине еще не полностью выключенного или отчасти уже снова включенного сцепления двигателя сильно искажены. Но эти значения ускорения a_i и без того выпадают при определении экстремального значения (a_min или a_max) и тем самым не оказывают отрицательного воздействия на определение ускорения во время переключения, т.е. во время фазы качения переключения. Но временной интервал Δt для регистрации значений ускорения a_i может быть и более коротким, и начинаться с момента начала выключения текущей передачи и заканчиваться с окончанием включения результирующей передачи.

Предлагаемый способ может предпочтительно применяться только в том случае, если во время переключения имеется однозначный минимум ускорения a_min или однозначный максимум ускорения a_max. Но это имеет место только при чистом переключении под нагрузкой (тяговый режим перед и после переключения) или при чистом переключении без нагрузки (режим принудительного холостого хода перед и после переключения).

Поэтому целесообразно, если перед определением сопротивления движению F_fw_2 или определением экстремального значения (a_min или а_max) из значений ускорения a_i сначала проверяют, является ли текущее переключение чистым переключением под нагрузкой или чистым переключением без нагрузки, и что определение второго значения сопротивления движению (сопротивления движению во время переключения) F_fw_2 выполняется только, если имеет место чистое переключение под нагрузкой или чистое переключение без нагрузки.

Для определения типа переключения предпочтительно определяют крутящий момент двигателя до начала переключения M_vS и после завершения переключения M_nS, при этом чистое переключение под нагрузкой имеет место в том случае, если оба значения крутящего момента больше нуля (M_vS>0 и M_nS>0), а чистое переключение без нагрузки имеет место, если оба значения крутящего момента M_vS, M_nS меньше нуля (M_vS<0 и M_nS<0).

Крутящий момент двигателя перед переключением M_vS принимается во внимание при определении первого значения сопротивления движению F_fw_1, при этом определение этого значения крутящего момента при абсолютно малом крутящем моменте M_vS является относительно неточным. Кроме того, при абсолютном малом крутящем моменте M_vS двигателя перед переключением разница ускорения между режимом под нагрузкой или же режимом без нагрузки перед переключением, а также качением в фазе без тягового усилия во время переключения относительно мала, поэтому помехи и ошибки измерения в этом случае могли бы проявиться сверхпропорционально. Согласно этому также и определение изменения сопротивления движению ΔF_fw=F_fw_2-F_fw_1 было бы сравнительно неточным, что при определенных обстоятельствах могло бы привести к неправильной реакции управления коробки передач.

Поэтому во избежание ошибочного определения сопротивления движению F_fw целесообразным образом предусмотрено, что сначала определяется крутящий момент приводного двигателя перед началом переключения M_vS и при наличии чистого переключения под нагрузкой сравнивается с ранее определенным минимальным моментом M_Zmin, и что определение второго значения сопротивления движению (сопротивления движению во время переключения) F_fw_2 выполняется только, если крутящий момент двигателя больше или равен минимальному моменту (M_vS>=M_Zmin).

В соответствии с этим, при наличии чистого переключения без нагрузки крутящий момент приводного двигателя перед началом переключения M_vS сравнивается с заранее определенным максимальным моментом M_Smax, и определение второго значения сопротивления движению (сопротивления движению во время переключения) F_fw_2 выполняется только, если крутящий момент двигателя меньше или равен максимальному моменту (M_vS<=M_Smax).

Также и приведение в действие тормозящих устройств, таких как рабочий тормоз, стояночный тормоз или гидро - или электродинамический тормоз - замедлитель, во время переключения привело бы к определению ошибочного экстремального значения ускорения (a_min или a_max), а тем самым и второго значения сопротивления движению F_fw_2, так как транспортное средство во время фазы без тягового усилия катится не свободно. При этом, например, приведение в действие рабочего тормоза, то есть колесных тормозов, может выполняться как водителем с помощью педали тормоза, так и автоматически с помощью управляющего устройства, например ESP или ASR. Во избежание неправильного по этой причине определения сопротивления движению F_fw целесообразным образом во время переключения регистрируется состояние приведения в действие тормозящих устройств транспортного средства, и при приведении в действие по меньшей мере одного из задерживающих устройств определение второго значения сопротивления движению (сопротивления движению во время переключения) F_fw_2 прерывается.

В целях пояснения изобретения к описанию прилагаются чертежи.

На чертежах показаны:

Фиг.1 - измеренная временная характеристика ускорения транспортного средства а при нескольких переключениях под нагрузкой, и

Фиг.2 - упрощенная временная характеристика тягового усилия F_zug и ускорения а при единственном переключении под нагрузкой на высшую передачу.

В способе согласно изобретению определение изменения сопротивления движению F_fw во время переключения передачи основывается на точном определении ускорения а транспортного средства в фазе качения переключения без тягового усилия. Определение этого значения ускорения в качестве примера наглядно представлено на диаграмме фиг.1, на которой представлена динамика ускорения а транспортного средства в течение нескольких связанных с прерыванием тягового усилия переключений. На ней непрерывная линия указывает отфильтрованные значения a_fzg_filt непрерывно, т.е. в заданном интервале в примерно 10-20 мс, определенных значений ускорения a_i. При переключениях речь идет в каждом случае о переключении под нагрузкой.

В соответствии с этим каждое из переключений приводит к резкому падению ускорения а, которое во время каждого из переключений принимает отрицательные значения <0 м/с². Т.е. транспортное средство во время каждого из переключений притормаживается эффективным сопротивлением движению F_fw, так как трансмиссия временно выключена и на ведущие колеса не передается приводной момент в форме тягового усилия (F_zug=0).

Для определения ускорения а в фазе переключения без тягового усилия теперь при каждом переключении в течение интервала времени Δt, который включает в себя фазу без тягового усилия, определяют экстремальное значение зарегистрированных в этом интервале времени значений ускорения a_i. Так как в данном случае речь идет о переключениях под нагрузкой, то в каждом случае определяется минимум ускорения a_min.

Характеристика этого экстремального значения a_roll_peak представлена на фиг.1 соответственно прерывистой линией. Таким образом становится ясно, что благодаря способу, несмотря на сильные помехи в начале и в конце соответствующего переключения, достоверно определяют соответствующий минимум ускорения a_min. Каждый из этих минимумов ускорения a_min возможно однозначно соотнести с сопротивлением движению F_fw_2 в данный момент так, что таким образом можно относительно точно рассчитать сопротивления движению во время переключения F_fw_2.

На участках временной характеристики t, на которых прохождение a_roll_peak нельзя отличить от a_fzg_filt, в частности вне участков Δt, обе характеристики a_roll_peak и a_fzg_filt накладываются друг на друга.

Для дальнейшего наглядного представления способа на фиг.2 представлено переключение под нагрузкой на высшую передачу с упрощенными временными характеристиками ускорения а и соотнесенного с ведущими колесами тягового усилия F_zug приводного двигателя с большим временным разрешением. Переключение начинается в момент t1 и заканчивается в момент t4. Между моментами t1 и t2 сцепление двигателя выключается, и крутящий момент приводного двигателя понижается; при необходимости также уже выключается включенная текущая передача. Непосредственно перед моментом t3 происходит синхронизация подлежащей включению результирующей передачи и последующее ее включение. Включение сцепления двигателя и увеличения крутящего момента двигателя происходит между моментами t3 и t4.

Тем самым, фаза переключения без тягового усилия простирается примерно между моментом t2 и моментом t3, при этом в начале и конце этого интервала времени могут действовать как известно еще сильные помехи. Однако в середине фазы без тягового усилия в ускорении а в целом отсутствуют помехи, и оно соответствует искомому минимальному значению a_min.

Для надежного определения минимума ускорения a_min интервал времени Δt, в котором из текущих значений ускорения a_i или же a_fzg_filt определяется минимум ускорения a_min, выбирается таким образом, что фаза без тягового усилия достоверно располагается в нем. Интервал времени Δt может, например, как показано в верхней части фиг.2, проходить от момента t1 до момента t4 или, как показано в нижней части фиг.2, проходить от момента t2 до момента t3.

1. Способ определения сопротивления движению транспортного средства, который выполняется в совокупности с переключением автоматизированной коробки переключения передач с текущей передачи на результирующую передачу, при этом первое значение сопротивления движению F_fw_1 определяют перед началом переключения, а второе значение сопротивления движению F_fw_2 определяют в более поздний момент времени для того, чтобы при большем изменении сопротивления движению ΔF_fw=F_fw_2-F_fw_l произвести корректировку переключения, отличающийся тем, что второе значение сопротивления движению F_fw_2 определяют во время переключения путем регистрации в течение интервала времени Δt, который включает в себя фазу переключения без тягового усилия, нескольких дискретных значений a_i текущего ускорения а транспортного средства, исходя из этих значений ускорения a_i при переключении под нагрузкой определяют минимум ускорения a_min и при переключении без нагрузки определяют максимум ускорения а_max, и с помощью этого экстремального значения ускорения (a_min или а_max) и массы транспортного средства m рассчитывают второе значение сопротивления движению (сопротивления движению во время переключения) F_fw_2 по формуле F_fw_2=-m·a_min или же F_fw_2=-m·a_max.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения ускорения a_i для регистрации каждого из оптимальных экстремальных значений ускорения (a_min или a_max) определяют с временным интервалом максимум в 10 мс.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что значения ускорения a_i фильтруют перед определением экстремального значения ускорения (а_min или а_max) для исключения ошибок измерения и помех.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что интервал времени Δt для регистрации значений ускорения a_i начинается с началом (t1) выключения сцепления двигателя и заканчивается по окончании (t4) включения сцепления двигателя.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что интервал времени Δt для регистрации значений ускорения a_i начинается с началом (t2) выключения текущей передачи и заканчивается с окончанием (t3) включения результирующей передачи.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что сначала выполняют проверку, является ли переключение чистым переключением под нагрузкой или чистым переключением без нагрузки, и что определение второго значения сопротивления движению (сопротивления движению во время переключения) F_fw_2 происходит только, если имеет место чистое переключение под нагрузкой или чистое переключение без нагрузки.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что для определения типа переключения определяют крутящий момент двигателя до начала переключения M_vS и после завершения переключения М_nS, и что чистое переключение под нагрузкой имеет место в том случае, если оба значения крутящего момента больше нуля (M_vS>0 и M_nS>0), а чистое переключение без нагрузки имеет место в том случае, если оба значения крутящего момента M_vS, M_nS меньше нуля (M_vS<0 и М_nS<0).

8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что сначала определяют крутящий момент двигателя перед началом переключения M_vS и при наличии чистого переключения под нагрузкой сравнивают с ранее определенным минимальным моментом M_Zmin, и что определение второго значения сопротивления движению (сопротивления движению во время переключения) F_fw_2 выполняют только, если крутящий момент двигателя больше или равен минимальному моменту (M_vS>=M_Zmin).

9. Способ п.6 или 7, отличающийся тем, что перед началом переключения М_vS определяют крутящий момент двигателя и при наличии чистого переключения без нагрузки крутящий момент двигателя перед началом переключения M_vS сравнивают с заранее определенным максимальным моментом M_Smax, и что определение второго значения сопротивления движению (сопротивления движению во время переключения) F_fw_2 выполняют только, если крутящий момент двигателя меньше или равен максимальному моменту (M_vS<=M_Smax).

10. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что во время переключения регистрируют состояние приведения в действие тормозящих устройств транспортного средства, и что при приведении в действие по меньшей мере одного из тормозящих устройств прерывают определение второго значения сопротивления движению (сопротивления движению во время переключения) F_fw_2.