SE520228C2 - Styrning av växling i motorfordon - Google Patents

Description

im m 520 228 2 av motor och/eller växellåda behövs. Vidare står även beskrivet hur flera mätpunkter kan utnyttjas, men i det fallet utnyttjas ett medelvärde av desamma och således er- hålls ett värde på erfordrad drivkraft. Med en växellåda som växlas sekventiellt och ovan beskrrna metod firms en osäkerhet i systemet som får påtagliga konsekvenser i form av en inte fullgod farthållningsfunktion , ojämna accelerationsförlopp, onö- digt stora avgasutsläpp.

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett motordrivet fordon av i inledningen angivet slag, som undanröjer ovan nämnda problem genom att ej kom- promissa med en begränsad växelvalsstrategi, utan fattar ett beslut om utväxling på drivlinan med ett mycket bättre underlag där framtiden beaktas.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att styrenheten är anordnad att med inma- tade parametrar och därmed åtminstone kännedom om väglutning och gasreglagelä- ge, men även motor-, turbo- och transmissionskaraktäristika, efter en på ett antal datasimuleringar grundad växelvalsstrategi, välja en utväxling i en drivlina, med un- derlag av ett av föraren valt kriterium, som enligt simuleringen ger bästa optimering för en given vägsträcka. Vidare väljer styrenheten en utväxling på drivlinan som re- sulterar i lägre emissioner än vad som uppnås med känd teknik för den givna väg- sträckan.

I ett föredraget utförande är den andra styrenheten anordnad att under nämnda förut- sättningar lägga upp ett växlingsschema med automatiska växelval för en längre tid framåt räknat (30 sekunder eller mer), där information om momentan position er- hålls med hjälp av GPS och vidare där framtida positioner ges av information från en elektronisk karta. Föraren kan själv välja kriterium för körningen, d.v.s. välja vikter för styrparametrar. Med styrparametrar avses emission, medelhastighet eller bränsleförbrukning. T.ex. om föraren föredrar en optimal, ekonomisk körmodell, med låg bränsleförbrukning, väljs vikten 1 för bränsleförbrukning, så kommer data- simuleringen att för given styrparametervikt att ge det mest energisnåla växlings- schemat som resultat. Vidare kan kompromisslösningar väljas genom att helt enkelt m 520 228 3 ange önskade vikter för respektive styrparameter. För att få ytterligare precision i simuleringsresultatet tas hänsyn till den enskilda motoms individuella variationer då emissioner från motorn kan mätas under färd vid olika körsituationer och man kan ta hänsyn till detta vid frar-“ida rnotorinställningar. Inställningar för t.ex. motorn kan variera utmed en uppmålad vägbild som simuleringen görs för, till skillnad mot känd teknik, där motorinställningen bara har två lägen mellan en momentan position och en framtida. Motormodellen är för övrigt viktig för att få information om t.ex. mo- toms avgasutsläpp vid olika transienter. Det är inte lika lätt att ta hänsyn till detta enligt nuvarande, känd teknik. Växlingen i växellådan behöver för övrigt inte ske sekventiellt. I datorn simuleras även växlingssekvenser där en eller flera växlar hop- pas över.

Föreliggande uppfinning kan enligt en första utföringsform, som utnyttjar GPS och elektroniska kartor, göra simuleringar som är giltiga relativt långt in i framtiden, men risken för att någonting oförutsett, d.v.s. som man inte kan få information om från den elektroniska kartan, inträffar ökar då följaktligen. Systemet innefattar en sensibilitet som med hjälp av extrapolering av gasreglageläget till viss del kan upp- skatta i vilket läge gasreglaget kommer att befinna sig om ett par sekunder samt hur snabbt den förväntas röra sig mot det läget. Det betyder att systemet snabbare än kända system, där enbart hänsyn tages till momentant gasreglageläget, tidigare kan ställa om till en ny situation.

I en andra utföringsform kan, med hjälp av elektronik och givare, uppskattningar (extrapoleringar) om vägens lutning göras och på så sätt få information om fordo- nets omgivande topologi och en framtida position. I båda utföringsformerna finns enligt föreliggande uppfinning möjlighet att använda information om omgivande fordon för att t.ex. i en situation där man kommer att hinna upp ett framförliggande fordon kunna få en lägre bränsleförbrukning.

Föreliggande uppfinning är företrädelsevis, men inte begränsad till, avsedd för au- tomatiserade manuella transmissioner. En väsentlig skillnad mot refererad, känd :25 520 228 4 teknik (Automated Power Transmission) är att växlingarna här sker med kraftav- brott. Det är sålunda klart fördelaktigt att använda systemet då det i dagsläget inte är säkert att en uppväxling i en uppförsbacke lyckas även om drivkraften teoretiskt sett räcker till eftersom om växlingen tar för lång tid kommer dragfordonet att retardera för mycket.

I beskrivningen ovan, och vidare nedan, framgår att olika inputs inmatas i, och data- simuleringar utförs av, den andra styrenheten. Självklart kan även detta utföras i den första styrenheten eller på arman fysisk plats som är anordnad för kommunikation med den andra styrenheten.

Uppfinningen beskrives närmare med hänvisning till på bifogade ritningar visade utföringsexempel, där figur 1 visar en schematisk framställning av en utföringsfortn av ett drivaggregat enligt uppfinningen, figur 2 kopplingen och växellådan i figur 1 i förstorad skala och figur 3 visar en översikt av inputs till den andra styrenhet och figur 4 exempliflerar delar av en enkel datasimulering.

I figur 1 betecknar 1 en sexcylindrig förbränningsmotor, tex en dieselmotor, vars vevaxel 2 är kopplad till en generellt med 3 betecknad enskivig torrlamellkoppling, vilken är innesluten i en kopplingskåpa 4. Istället för en enskivig lamellkoppling kan en tvåskivig koppling användas. Vevaxeln 2 är ovridbart förbunden med kopp- lingens 3 kopplingshus 5, medan dess lamellskiva 6 är ovridbart förbunden med en ingående axel 7, som är roterbart lagrad i huset 8 hos en generellt med 9 betecknad växellåda. I huset 8 är en huvudaxel 10 och en mellanaxel 11 roterbart lagrade. Vi- dare illustreras en första styrenhet 48 för styrning av motorn, en andra styrenhet 45 för styrning av transmissionen samt en manuell växelväljare 46, kopplad till den andra styrenheten 45. Den första och andra styrenheten (48 resp. 45) är anpassade för kommunikation med varandra.

Såsom tydligast framgår av figur 2 är ett kugghjul 12 roterbart lagrat på den ingåen- de axeln 7 och låsbart på axeln med hjälp av en med synkroniseringsorgan försedd m25 520 228 kopplingshylsa 13, vilken är ovridbart men axiellt förskjutbart lagrad på ett med den ingående axeln ovridbart förbundet nav 14. Med hjälp av kopplingshylsan 13 är även ett på huvudaxeln 10 roterbart lagrat kugghjul 15 låsbart relativt den ingående axeln 7. Kugghjulen 12 och 15 ingriper med kugghjul 16 resp. 17, som är ovridbart förbundna med mellanaxeln 11. På mellanaxeln 11 är ytterligare kugghjul 18, 19 och 20 vridfast anordnade, vilka ingriper med på huvudaxeln 10 roterbart lagrade kugghjul 21, 22 resp. 23, som låsbara på huvudaxeln med hjälp av kopplingshyl- sor 24 resp. 25, vilka i det visade utföringsexemplet saknar synkroniseringsanord- ningar. På huvudaxeln 10 är ett ytterligare kugghjul 28 roterbart lagrat och ingriper med ett på en separat axel 29 roterbart lagrat mellankugghjul 30, vilket i sin tur in- griper med mellanaxelkugghjulet 20. Kugghjulet 28 är låsbart på sin axel med hjälp av en kopplingshylsa 26.

Kugghjulsparen 12, 16 och 15, 17 samt kopplingshylsan 13 bildar en splitväxel med ett lågväxelsteg LS och ett högväxelsteg HS. Kugghjulsparet 15, 17 bildar även till- sammans med kugghjulsparen 21, 18, 22, 19, 23, 20 och 28, 30 en basväxellåda med fyra växlar framåt och en backväxel. På huvudaxelns 10 utgångsände är ett kugghjul 31 vridfast anordnat, vilket bildar solhjulet i en med 32 betecknad, två- växlad rangeväxel av planettyp, vars planethjulsbärare 33 är vridfast förbunden med en axel 34, som bildar växellådans utgående axel. Rangeväxelns 32 planethjul 35 ingriper med ett ringhjul 36, som med hjälp av en kopplingshylsa 37 är låsbart rela- tivt växellådshuset 8 för lågrange LR och relativt planethjulsbäraren 33 för högrange HR. Kopplingshylsan 37 har även ett mellan växellägena LR och HR liggande neu- tralläge NR, i vilket den utgående axeln 34 är frikopplad från huvudaxeln 10.

Kopplingshylsoma 13, 24, 25, 26 och 37 är förskjutbara såsom pilarna visar i fig. 2, varvid de i anslutning till pilarna visade växelstegen erhålles. Förskjutningen åstad- kommes med i ñg. 2 schematiskt antydda servodon 40, 41, 42, 43 och 44, som kan vara pneumatiskt manövrerade kolv-cylinderanordningar av den typ, som utnyttjas i en växellåda av ovan beskrivet slag, vilken marknadsförs under beteckningen Gear- tronic®. Servodonen styrs av en elektronisk styrenhet 45 (fig. 1), innefattande en i.ß 520 228 6 rnikrodator, i beroende av i styrenheten inmatade signaler representerande olika motor- och fordonsdata, som omfattar åtminstone motorvarvtal, fordonshastighet, kopplings-och gasreglageläge samt, i förekommande fall, motorbroms till-från, när en till Styrenheten 45 kopplad elektronisk växelväljare 46 ståri sitt automatläge. När väljare står i läge för manuell växling sker växlingen på förarens kommando via växelväljaren 46. Styrenheten 45 styr även bränsleinsprutriingen, dvs motorvarvtalet, i beroende av gasreglageläget samt lufttillförseln till en pneumatisk kolv- cylinderanordning 47, medelst vilken kopplingen 3 inkopplas och frikopplas.

Styrenheten 45 är på känt sätt programmerad, så att den håller kopplingen 3 in- kopplad, när fordonet står stilla och växelväljaren 46 ligger i neutralläget. Detta be- tyder att motorn driver den ingående axeln 7 och därmed också mellanaxeln, medan den utgående axeln 34 är frikopplad. Eventuella av mellanaxeln drivna tillsatsaggre- gat, t ex en oljepump för växellådans Smörjning, drivs i detta läge. Styrenheten 45 är vidare programmerad att, då fordonet står stilla och växelväljaren flyttas från neu- tralläget till ett växelläge, antingen till ett läge för automatväxling eller till ett läge med av föraren vald startväxel, först frikoppla kopplingen 3, sedan bromsa mellan- axeln 11 till stopp med hjälp av den i flgur 2 antydda mellanaxelbromsen 50, som kan vara en i och för sig känd, av styrenheten 45 styrd bromsanordning. Med mel- lanaxeln 11 bromsad till stopp eller i varje fall åtminstone i det närmaste till stopp initierar styrenheten 45 nu växling i basväxellådan till en växel, som ges av automa- tiken eller av föraren vald totalväxel. När föraren efter iläggning av växeln ger gas, fungerar gaspedalen som en omvänd kopplingspedal, vilken via styrenheten succes- sivt ökar kopplingsingreppet med ökande gaspådrag.

Figur 3 illustrerar schematiskt input som den andra styrenheten 45 behöver för att kunna göra en datasimulering. Med ett reglage 300 för manuell eller automatisk styrparametervikting, som ger ett av föraren valt kriterium för köming, kan simule- ringsresultat i föreliggande uppfinning styras. Föraren kan välja, till exempel, att prioritera en låg bränsleförbrukning (för t.ex. en ekonomisk körning), en konstant fart (för t.ex. en snabb köming med hög medelhastighet), vissa emissioner (som kan 520 228 7 ge t.ex. niiljövänlig köming) eller en kombination (viktning) av nämnda styrpara- metrar. För fallet med automatisk styrparameterviktning används en i den andra styrenheten inlagrad model som tar hänsyn till olika parametrar som t.ex. gasregla- geläge, fordonets massa samt fardmotstånd. 'Viktningen för styrparametraina är olika för olika växlar och som exempel har låg bränsleförbrukning hög prioritet för höga växlar och ett tungt fordon i uppförsbacke har en hög viktning för medelhastighet.

Reglaget 300 är anpassat för kommunikation med den andra styrenheten 45 . Pedal- mappar 310, d.v.s. motormoment som funktion av varvtal för olika gasreglagelägen, är inlagrade i den andra styrenheten 45. En elektronisk karta 320, t.ex. lagrad på en CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), innefattar för datasimuleringen nödvändig information om en regions topologi, d.v.s. åtminstone gradienter eller höjdvärden för färdväg, t.ex. med en havsnivå som referens, och eventuell informa- tion om aktuella hastighetsbegränsningarlängs vägsträckan. Datasimuleringen inne- fattar, från mätare och givare 360 sända, parametrar 330, som man enligt känd tek- nik kan erhålla. Dessa utgörs åtminstone av fordons- eller tågvikt, momentan for- donshastighet, utväxlingar, verkningsgrader, motorvarvtal, gasreglageläge (även gas- reglagelägesacceleration), momentan position, väglutning (ej från elektronisk karta), omgivningstemperatur (som påverkar bränsle/luftblandning), körmotstånd samt motorns dynamik. Med kör motstånd avses ett värde, som beräknats av den andra styrenheten med grund på signaler indikerande momentant motormoment samt mo- mentan fordonsacceleration och massa, som utgör en indikation på väglutning, eventuell med- eller motvind och fordonets rullmotstånd. Dessutom kan även hän- syn tas till information om framförvarande fordons hastighet. I den andra styrenhe- ten 45 finns motormodeller innefattande steady state moment, vilket är det moment som motorn fortfarigt kan leverera i en given driftspunkt, d.v.s. där s.k. transienter för att ta sig till driftspunkten har utelämnats. Med nödvändig information kan den andra styrenheten 45 beräkna (simulera över en viss, förutbestämd tid) bl.a. bränsle- förbrukning, medelhastighet och emissioner (avser både avgas- och ljudernissioner), för en uppsättning av olika växlar och växlingsscheman genom ekvationslösning med simuleringar och tidsstegning. Bästa växel väljs genom att jämföra beräknad bränsleförbrukning, medelhastighet och emissioner eller kombinationer av dessa 520 228 8 med t.ex., för av föraren valt kriterium, med matriser lagrade i den andra styrenhe- ten 45. Vidare visas en symbol för GPS 350 som kommunicerar med den andra styr- enheten, möjligen även genom givama 360. Som output från den andra styrenheten 45 sänds ett beslut 340, d.v.s. ett växelval.

Figur 4 illustrerar, i sin enklaste form, för en given trafiksituation och givet for- donstillstånd, d.v.s. där alla för datasimuleringen nödvändiga parametrar samt for- donets omgivande topologi är kända, två simulerade kurvor. Figuren visar hur mo- torns varvtal vid växling beror av tid eller sträcka. Kurva A (den heldragna linjen) representerar ett fall efter acceleration då växling vid Pl sker från växel 3 till växel 4, vid kraftavbrott sjunker efter växlingen motorvarvtalet men ökar efter en tid igen då växeln ligger i och acceleration vidtar. Motorvarvtalet ökar återigen och en ny växling, från växel 4 till växel 5, sker vid P3, varefter motorvarvtalet återigen sjun- ker för att efter en tid öka och acceleration vidta. Kurva B (den streckade linjen) re- presenterar en annan växlingssekvens, men för samma, givna trafiksituation och fordonstillstånd. I detta fall simuleras en växling vid P2 från växel 3 direkt till växel . Resultatet för en sådan växlingssekvens blir, enligt det givna exemplet, att det se- nare fallet enligt simuleringsmodellen kommer att ge ett högre motorvarvtal vid en jämförelse vid P4, och beräkningar för uppskattad bränsleförbrukning, emissioner och dylikt, görs i detta exempel för båda fallen. Beroende på vilka motorvarvtal och valt kriterium för kömingen som avses, kan nu ett beslut om växelvalsschema, för att optimalt uppfylla begärt kriterium, fattas i den andra styrenheten 45.

Claims (10)

10 15 20 25 30 520 228 9 Patentkrav

1. Motordrivet fordon med en koppling (3) och automatiserad transmission (9) mel- lan motorn och drivhjul hos fordonet, innefattande en första elektronisk styrenhet (48) för styrning av motorn, en andra elektronisk styrenhet (45) för styrning av transmissionen i beroende av inställt läge hos en manuell växelväljare (46), där den andra styrenheten med växelväljaren i läge för automatväxling vid start eller under färd väljer en växel, som bestäms av en i den andra styrenheten inlagrad växelvals- strategi i beroende av olika, i den andra styrenheten inmatade, parametrar, känne- tecknat av att den ena styrenheten är anordnad att vid start eller under färd, åtmin- stone efter information om väglutning och gasreglageläge, kontinuerligt utföra data- simuleringar för fordonets framtida framfart, för en uppsättning olika kombinationer av växlingsvarvtal och växlingssteg, enligt ett med ett reglage (300) valt kriterium, och välja ut ett växlingsschema som blir optimalt enligt det valda kriteriet.

2. Motordrivet fordon enligt krav 1, kännetecknat av att reglaget (300) har ett läge för, enligt en i den ena styrenheten inlagrad modell, automatisk styrparametervikt- ning.

3. Motordrivet fordon enligt krav 1, kännetecknat av att momentan fordonsposition bestäms med en GPS (350) (Global Positioning System) utrustning som är kopplad till den ena styrenheten för momentan bestämning av fordonsposition.

4. Motordrivet fordon enligt krav 3, kännetecknat av att den ena styrenheten är an- ordnad att från en elektronisk karta (320) delges information om fordonets omgi- vande topologi.

5. Motordrivet fordon enligt krav l, kännetecknat av att den ena styrenheten an- ordnad att delges information från givare (360),och åtminstone med kännedom om momentan fordonsposition, hastighet och väglutning genom beräkning extrapolera 10 15 20 25 520 228 10 en för fordonet framtida position.

6. Motordrivet fordon enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att reglaget (300) ställs in enligt val av kriterium genom viktning av styrparametrar såsom bränsleförbruk- ning, medelhastighet och avgasemissioner.

7. Motordrivet fordon enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att reglaget (300) ställs in enligt val av kriterium genom viktning av styrparametrar såsom bränsleförbruk- ning, medelhastighet och ljudernissioner.

8. Motordrivet fordon enligt krav 1, kännetecknat av att gasreglagelägets derivata och acceleration, momentant eller extrapolerat värde, även i kombination med en farthållningsfunktion , representerande förarens intentioner, är parametrari en data- simulering kopplad till en växelvalsstrategi.

9. Motordrivet fordon enligt krav 1, kännetecknat av att i den ena styrenheten är inlagrade dynamiska modeller för en drivlina, vidare en matematisk modell för for- donet innefattande dynamik för uppskattning av åtminstone medelhastighet, bränsle- förbrukning, fordonets trögheter och en motormodell innefattande steady state mo- ment, turbodynamik, utväxlingar och verkningsgrader, vidare finns även modeller innefattande gaspedalmappar och fullastkurvor inlagrade.

10. Motordrivet fordon enligt krav 9, kännetecknat av att i den andra styrenheten (45) är inlagrade dynamiska modeller till fordonet, som är individuellt anpassade beroende på unika karaktäristika.