ITTO20070527A1 - Sistema per il suggerimento di un cambio di marcia per un autoveicolo provvisto di un motore e di un cambio di velocita a rapporti discreti - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Sistema per il suggerimento di un cambio di marcia per un autoveicolo provvisto di un motore e di un cambio di velocità a rapporti discreti"
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un sistema per il suggerimento di un cambio dì marcia per un autoveicolo provvisto di un motore cui è associato un cambio di velocità a rapporti discreti.
Sono noti sistemi per il suggerimento del cambio di marcia basati su algoritmi che debbono essere specificamente calibrati per ogni specifico veicolo su cui tali sistemi sono destinati ad essere utilizzati. Una tale calibrazione degli algoritmi comporta l'esecuzione di prove sperimentali specifiche sui veicoli, tipicamente al banco a rulli.
Tali sistemi noti comportano un impiego di ingenti risorse di memoria e di calcolo da parte degli associati mezzi di elaborazione, che tipicamente comprendono un microprocessore.
Uno scopo della presente invenzione è di superare gli inconvenienti sopra delineati dei sistemi secondo la tecnica anteriore.
Questo ed altri scopi vengono realizzati secondo l'invenzione mediante un sistema del tipo inizialmente definito, comprendente
primi e secondi mezzi rilevatori atti a fornire segnali elettrici indicativi del rapporto di trasmissione o marcia attuato dal cambio di velocità e, rispettivamente, della velocità di rotazione del motore,
mezzi indicatori della coppia erogata dal motore,
mezzi di memoria in cui sono immagazzinate una prima e rispettivamente una seconda tabella o mappa che, in funzione del rapporto di trasmissione correntemente attuato dal cambio e della velocità di rotazione del motore, forniscono rispettivi corrispondenti valori di soglia della coppia motore, al di sotto del quale e rispettivamente al di sopra del quale deve essere indicata l'opportunità di passare al rapporto di trasmissione immediatamente superiore e, rispettivamente, al rapporto di trasmissione immediatamente inferiore; e
mezzi di elaborazione operativamente accoppiati a detti mezzi rilevatori, ai mezzi indicatori, ed ai mezzi di memoria e predisposti per attivare mezzi generatori di segnali per indicare l'opportunità di passare al rapporto o marcia superiore e, rispettivamente, al rapporto o marcia inferiore, quando la coppia erogata dal motore risulta inferiore al valore di soglia desunto dalla prima tabella o mappa e, rispettivamente, quando la coppia erogata dal motore risulta superiore al valore di soglia desunto dalla seconda tabella o mappa.
Il sistema secondo 1<1>invenzione necessita di acquisizioni preliminari che sono né specifiche per la calibrazione dell'algoritmo utilizzato, né legate allo specifico tipo di veicolo su cui il sistema viene installato ed utilizzato. Piuttosto, il sistema secondo l'invenzione utilizza dati acquisiti sulla base di prove del motore al banco, i valori dei rapporti di trasmissione attuati dal cambio associato al motore e, opzionalmente, il rendimento meccanico del cambio nei differenti rapporti.
A partire dalle acquisizioni sperimentali, le mappe necessarie al sistema secondo l’invenzione possono essere generate automaticamente a mezzo di un tool di calibrazione automatico.
Con il sistema secondo l'invenzione l'impiego di memoria e di risorse di calcolo è estremamente ridotto rispetto ai sistemi secondo la tecnica anteriore .
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
la figura 1 è una rappresentazione schematica di un sistema secondo la presente invenzione;
la figura 2 è un diagramma che illustra, nello spazio consumo/coppia motore, valori di soglia della coppia motore utilizzati nel sistema secondo 1'invenzione ; e
la figura 3 è un diagramma che illustra le caratteristiche dì un'interfaccia di verifica per il sistema secondo 1'invenzione.
Nella figura 1 con 1 è indicato un motore di un autoveicolo, ad esempio un motore a combustione interna. A puro titolo di esempio non limitativo, il motore 1 può essere un motore a ciclo Otto, a quattro cilindri in linea, a due valvole per cilindro.
Il motore 1 presenta un albero 2 che tramite un innesto 3 è accoppiabile all'albero di ingresso 4 di un cambio di velocità complessivamente indicato con 5.
Il cambio di velocità 5 è un cambio ad ingranaggi atto a realizzare una pluralità di rapporti di trasmissione discreti o marce. Esso può essere del tipo comandabile manualmente, ad esempio a mezzo di una leva 6. In alternativa il cambio 5 può essere di tipo automatico o "robotizzato".
L'albero di uscita del cambio di velocità 5 è indicato con 7.
Al gruppo motore l-cambìo di velocità 5 è associato un sistema per il suggerimento del cambio di marcia secondo la presente invenzione, complessivamente indicato con 10 nella figura 1.
Nell'esempio di realizzazione illustrata il sistema 10 comprende un'unità di elaborazione 11, includente ad esempio un microprocessore.
All'unità di elaborazione 11 pervengono nel funzionamento informazioni o dati da un sensore 12 di rilevamento della velocità di rotazione n (numero di giri nell'unità di tempo) del motore 1. Convenientemente il sensore 12 non è un sensore specifico per l'attuazione del sistema secondo l'invenzione, ma può essere un sensore utilizzato anche per altri scopi, ad esempio per la gestione del funzionamento del motore a combustione interna 1 o di una sua funzione.
All'unità di elaborazione il pervengono nel funzionamento ulteriori segnali o dati da uno stimatore oppure da un dispositivo rilevatore 13 associato al cambio di velocità 5. Tale stimatore o rilevatore 13 fornisce in particolare segnali o dati indicativi del rapporto di trasmissione ii correntemente attuato dal cambio di velocità 5. Nel caso di uno stimatore, il rapporto di trasmissione correntemente attuato può essere desunto a partire dalla velocità di rotazione del motore 1 e dalla velocità di rotazione di una ruota.
Come apparirà più chiaramente dal seguito, il sistema 10 secondo l'invenzione necessita, per la propria funzionalità, di conoscere il valore della coppia T erogata dal motore 1. Nel sistema indicativamente schematizzato nella figura 1 non è necessariamente previsto un apposito dispositivo rilevatore della coppia T erogata dal motore 1: tale coppia può essere comunicata all'unità di elaborazione 11, oppure da questa calcolata, in modo per sé noto, sulla base di parametri rilevati del motore.
Nel prosieguo si assumerà dunque che l'unità di elaborazione 11 disponga operativamente dell'informazione relativa alla coppia T istantaneamente erogata dal motore 1.
All'unità di elaborazione il sono associati dispositivi di memoria 14, i cui contenuti verranno meglio descritti nel seguito.
Il sistema secondo l'invenzione si pone, fra i suoi obiettivi, quello di fare in modo che a seguito dell'effettuazione del cambio di marcia suggerito dal sistema, alle ruote motrici venga applicato il medesimo valore di coppia applicato immediatamente prima del cambio di marcia. Ciò consente di fatto di non variare l'accelerazione e la velocità delle ruote. Tale condizione corrisponde ad imporre che, prima e dopo il cambio di marcia suggerito, la potenza erogata dal motore sia sostanzialmente la stessa. Nel piano giri motore-coppia motore erogata, ciò corrisponde a posizionarsi, per effetto del cambio di marcia suggerito, in un punto diverso del piano, ma giacente sulla medesima iperbole isopotenza del punto di lavoro precedente.
Un ulteriore obiettivo del sistema secondo 1 'invenzione è una riduzione del consumo di carburante, per effetto della cambiata suggerita, secondo un'entità apprezzabile.
Come si è già detto in precedenza, il sistema secondo l'invenzione mira inoltre a realizzare un sistema la cui procedura di calibrazione non comporti acquisizioni specifiche in relazione al tipo di autoveicolo cui il sistema è destinato.
Infine, il sistema secondo l'invenzione deve operare senza portare il motore ad operare a velocità di rotazione troppo elevate o troppo basse.
Quanto sopra premesso, quando nel funzionamento al cambio di velocità 5 è inserito un determinato rapporto Ti e il motore 1 opera ad un numero di giri n, la minimizzazione del consumo di carburante, a parità di coppia e di velocità in corrispondenza delle ruote motrici, porta ad individuare tre regioni o campi di valori della coppia T erogata dal motore, cui corrispondono tre condizioni o stati del sistema suggeritore del cambio di marcia: * condizione di suggerimento di passaggio al rapporto di trasmissione immediatamente superiore ( "Upshift "),
* condizione di "nessun suggerimento" ("mute"), e
* condizione di suggerimento di passaggio al rapporto di trasmissione immediatamente inferiore ( "Downshift ").
Il diagramma della figura 2 si riferimento ad una specifica condizione di funzionamento del gruppo motore 1 - cambio di velocità 5: come indicato in alto sopra il diagramma della figura 2, tale diagramma si riferisce ad una condizione di funzionamento in cui al cambio di velocità 5 è inserita la terza marcia (marcia = 3} e l'albero 2 del motore 1 ruota a 3760 giri/minuti (rpm). Nel diagramma della figura 2 in ascissa è riportato il valore della coppia T erogata dal motore 1, espressa in Nm, mentre al cambio 5 è inserita la terza marcia; in detto diagramma in ordinata è riportato il consumo di carburante, espresso in g/s.
Nel diagramma sono riportate tre curve, indicate rispettivamente con A, B e C:
la curva A, riportata a tratto continuo, illustra il consumo del motore 1 mentre al cambio 5 è inserita la marcia attuale o corrente (terza marcia);
la curva B indica il corrispondente andamento del consumo di carburante qualora al cambio 5 fosse inserito il rapporto di trasmissione o marcia immediatamente inferiore (seconda marcia); e
la curva C indica il consumo che si avrebbe qualora al cambio 5 fosse inserito il rapporto di trasmissione o marcia immediatamente superiore (quarta marcia).
Nel diagramma della figura 2 sono individuati due valori dì soglia della coppia motore T, indicati con Tu e rispettivamente TD.
Per valori della coppia T inferiori a Τσ, il consumo di carburante quando al cambio 5 è inserito il rapporto immediatamente superiore (quarta marcia) risulta inferiore rispetto al consumo che si ha con la marcia attuale (terza marcia). Pertanto, non appena la coppia T diviene inferiore a Τσ, è opportuno suggerire di operare un cambio di marcia, dalla marcia attuale alla marcia immediatamente superiore .
Quando la coppia T erogata dal motore 1 è superiore alla soglia TD, il consumo di carburante risulta inferiore se al cambio 5 è inserito il rapporto di trasmissione o marcia immediatamente inferiore (seconda marcia): in tal caso è opportuno suggerire un cambio di marcia rispetto il rapporto di trasmissione immediatamente inferiore.
In vista di quanto sinora esposto, con il sistema secondo l'invenzione sono sufficienti almeno due tabelle o mappe per calcolare il rapporto di trasmissione o marcia "consigliato" ovvero da suggerire al guidatore: come ora si vedrà, tali mappe dipendono dal rapporto di trasmissione correntemente attuato dal cambio 5, e dalla velocità di rotazione corrente del motore 1.
Tali tabelle o mappe sono immagazzinate nei dispositivi di memoria 14 associati all'unità di elaborazione 1, come è mostrato simbolicamente nella figura 1, ove tali tabelle o mappe sono indicate con Mi e, rispettivamente, M2.
Le tabelle o mappe Mi e M2 sono predisposte sulla base di risultati di prove del motore 1 al banco e dei valori (noti) dei rapporti di trasmissione (ti) dell'associato cambio di velocità 5.
In funzione del rapporto di trasmissione Ti correntemente attuato dal cambio 5, e della velocità di rotazione n corrente del motore 1, la tabella o mappa MI fornisce un corrispondente valore di soglia Τσdella coppia erogata dal motore 1, al di sotto del quale l’unità di elaborazione il deve indicare l'opportunità di passare al rapporto di trasmissione immediatamente superiore xi+1.
Analogamente, in funzione del rapporto di trasmissione ti correntemente attuato dal cambio 5, e della velocità di rotazione istantanea N del motore 1, la tabella o mappa M2 fornisce un corrispondente valore di soglia TDdella coppia erogata dal motore 1, al di sopra del quale l'unità di elaborazione 11 deve segnalare l'opportunità di passare al rapporto di trasmissione immediatamente inferiore Xi-i.
Nel funzionamento, 1'unità di elaborazione 11 confronta dunque la coppia istantaneamente erogata dal motore con i valori di soglia desunti dalle tabelle o mappe MI e M2, e - se del caso - provoca 1'attivazione di un dispositivo indicatore 15, per suggerire al guidatore l'opportunità di passare al rapporto di trasmissione o marcia immediatamente superiore o inferiore.
Il dispositivo indicatore 15 è dì qualsivoglia tipo, atto a fornire al guidatore una segnalazione percettibile, ad esempio di tipo ottico od acustico.
Nel caso di un cambio dì velocità automatico o ''robotizzato", in luogo di un generatore 15 di segnali percettibili dal guidatore può essere previsto un generatore di segnali di cambio marcia per l'unità elettronica di controllo del cambio.
Le mappe MI e M2 possono essere generate ad esempio a mezzo di un tool di calibrazione automatico, a partire dalle acquisizioni sperimentali effettuate sullo specifico motore.
Gli inventori hanno sviluppato in ambiente MathLab un tool di calibrazione automatico ed un interfaccia di verifica.
Nell'interfaccia di verifica, cui si riferisce il diagramma illustrativo della figura 3, è possibile, dopo aver specificato il rapporto di trasmissione o marcia di partenza, muovere a mezzo del "mouse" un cursore nel piano velocità di rotazione del motore-coppia motore erogata, in cui sono tracciate le curve isoconsumo, come si vede appunto nel diagramma della figura 3. Nell'interfaccia di verifica sviluppata vengono mostrate in tale piano la marcia di partenza τ* (terza marcia nell'esempio del grafico della figura 3), la marcia di arrivo ti+i (la quarta marcia nell'esempio della figura 3), nonché la traiettoria fra di esse. L'interfaccia indica inoltre la corrispondente economia di carburante realizzata.
L'interfaccia evidenzia inoltre, come si vede nel diagramma della figura 3, le linee di soglia per il suggerimento del passaggio al rapporto di trasmissione immediatamente superiore e di passaggio al rapporto di trasmissione immediatamente superiore .
Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall’ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.
In particolare, si noterà che la distinzione fra una prima ed una seconda tabella o mappa ha valore essenzialmente indicativo, in quanto le mappe MI e M2 descritte in precedenza potrebbero semplicemente rappresentare parti di un'unità tabella o mappa .
In alternativa, le tabelle o mappe utilizzate potrebbero essere anche più di due: una ulteriore mappa potrebbe essere prevista per ottenere un funzionamento di tipo "sportivo".

Claims (5)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema (10) per il suggerimento di un cambio di marcia di un autoveicolo provvisto di un motore (1) cui è associato un cambio di velocità (5), atto a realizzare una pluralità di rapporti di trasmissione discreti (τι); il sistema (10) comprendendo primi e secondi mezzi (12, 13) rilevatori atti a fornire segnali elettrici indicativi della velocità di rotazione (n) del motore (1) e del rapporto di trasmissione (τ*) attuato dal cambio di velocità (5); mezzi indicatori della coppia (T) erogata dal motore (1); mezzi di memoria (14) in cui sono immagazzinate una prima e rispettivamente una seconda tabella o mappa (Mi, M2) che, in funzione del rapporto di trasmissione (Ti) correntemente attuato dal cambio (5) e della velocità di rotazione (n) del motore (1), forniscono rispettivi corrispondenti valori di soglia (Tu; TD) della coppia (T) erogata dal motore (1), al di sopra del quale e, rispettivamente, al di sotto del quale deve essere indicata 1<1>opportunità di passare al rapporto di trasmissione immediatamente superiore (ti+1) e, rispettivamente, al rapporto di trasmissione immediatamente inferio- re (ti-i); e mezzi di elaborazione (il) operativamente accoppiati a detti mezzi rilevatori (12, 13), ai mezzi indicatori, ed ai mezzi di memoria (14) e predisposti per attivare mezzi generatori (15) di segnali per indicare l'opportunità di passare al rapporto o marcia superiore (ti+i) e, rispettivamente, al rapporto o marcia inferiore(ti-:i}, quando la coppia (T) erogata dal motore (1) è inferiore al valore di soglia (Tu) desunto dalla prima tabella o mappa (MI) e, rispettivamente, quando la coppia (T) erogata dal motore (1) è superiore al valore di soglia (TD) desunto dalla seconda tabella o mappa (M2).
  2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui per ciascun rapporto di trasmissione (ti) al cambio (5) e per ciascun valore della velocità di rotazione (n) del motore (1), il valore di soglia (Tu) della prima tabella o mappa (Mi) è inferiore al valore di soglia (TD) della seconda tabella o mappa (M2) .
  3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui i valori di soglia (Tu,· TD) di dette prima e seconda tabella o mappa (Mi; M2) sono desunti sulla base dei risultati dì prove del motore (1) al banco e dei valori dei rapporti di trasmissione (ti) del cambio di velocità (5).
  4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 3, in cui detti valori di soglia (Tu; TD) sono determinati anche in base al rendimento meccanico del cambio di velocità (5) nei singoli rapporti.
  5. 5. Sistema per il suggerimento di un cambio di marcia al guidatore di un autoveicolo, sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.
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