Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИМ СРЕДСТВОМ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРВОЙ И ВТОРОЙ КОЛЕСНЫХ ОСЕЙ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к способу эксплуатации трансмиссии с четырьмя ведущими колесами автотранспортного средства и способу управления механическим средством соединения первой колесной оси со второй колесной осью системы трансмиссии с четырьмя ведущими колесами автотранспортного средства. Объектом изобретения является также система управления состоянием механического средства соединения. Оно касается также системы трансмиссии, содержащей такую систему управления. Объектом изобретения является также транспортное средство, содержащее такую систему управления или такую систему трансмиссии.

Изобретение находит свое применение для транспортного средства, оборудованного системой с четырьмя управляемыми ведущими колесами. Задачей, которая ставится перед транспортным средством этого типа, является улучшение характеристик, таких как эффективность и безопасность. В частности, задачей изобретения является повышение надежности работы механического средства соединения, предупреждение его повреждения в экстремальных условиях эксплуатации и повышение эффективности моторики транспортного средства, оборудованного системой трансмиссии.

Известна система трансмиссии с четырьмя ведущими колесами, в которой механическое средство (муфта) соединения передней оси с задней осью может работать в трех состояниях, определяющих три режима работы системы трансмиссии:

- первый режим трансмиссии, когда только часть (переменная) максимальной мощности крутящего момента, поступающая от источника момента (двигатель автотранспортного средства) и предназначенная для заднего моста, действительно передается на задний мост; этот первый режим, называемый режимом «AWD Auto», соответствует так называемой «управляемой» муфте, то есть система управления муфтой автоматически управляет ее работой, в частности величиной переданного или передаваемого крутящего момента,

- второй режим трансмиссии, когда вся максимальная мощность крутящего момента, поступающая от источника момента и предназначенная для заднего моста, действительно передается на задний мост; этот второй режим, называемый «AWD Lock», соответствует так называемой «замкнутой» муфте, то есть она блокируется в состоянии, определяющем фиксированное значение передаваемого максимального крутящего момента,

- третий режим трансмиссии, когда на задний мост не передается (или передается лишь в незначительной степени) крутящий момент от источника момента; этот третий режим, называемый «2AWD», соответствует так называемой «разомкнутой» муфте, то есть муфта деактивирована или передает только крутящий момент ничтожной величины.

В документе US 2003/098193 описан способ распределения крутящего момента между передним и задним мостами транспортного средства в зависимости от разности скоростей вращения переднего и заднего мостов. Этот способ позволяет улучшить характеристики транспортного средства, за счет оптимизации буксования, но не определяет компромисса между надежностью и эффективностью.

В документе US 5247443 описан способ распределения крутящего момента между передним и задним мостами транспортного средства в зависимости от разности скоростей вращения переднего и заднего мостов, который также изменяет порог обнаружения буксования, если стояночный тормоз активирован. Этот способ позволяет улучшить характеристики транспортного средства с одновременной оптимизацией буксования, но не определяет компромисса между надежностью и эффективностью.

Задачей изобретения является создание способа управления механическим средством соединения колесных осей, позволяющего решить вышеупомянутые проблемы и усовершенствовать известные способы управления. В частности, изобретением предложен способ управления механическим средством соединения, позволяющий повысить надежность работы средства соединения колесных осей автотранспортного средства с четырьмя ведущими колесами и одновременно сохранить хорошие характеристики преодоления препятствий.

Согласно изобретению, способ управляет работой механического средства соединения первой и второй колесных осей системы трансмиссии автотранспортного средства. Первая ось приводится во вращение по умолчанию, а вторая ось приводится во вращение факультативно в зависимости от состояния средства соединения. Система трансмиссии выполнена с возможностью работы в первом режиме, в котором значение крутящего момента, передаваемого механическим средством соединения, является фиксированным, или во втором режиме, в котором значение крутящего момента, передаваемого механическим средством соединения, превышает значение крутящего момента, передаваемого в первом режиме.

Система трансмиссии может быть выполнена с возможностью работы в третьем режиме, в котором значение передаваемого момента является переменным и меньшим значения крутящего момента, передаваемого в первом режиме.

Система трансмиссии может быть выполнена с возможностью работы в четвертом режиме, в котором значение передаваемого момента является нулевым или ничтожным.

Система трансмиссии может перейти во второй режим работы, если соблюдены следующие условия:

- значение задаваемого крутящего момента равно значению крутящего момента, передаваемого в первом режиме, и

- температура, например оценочная или измеряемая температура механического средства соединения, превышает первый температурный порог, и

- разность скоростей первой и второй колесных осей превышает первый порог, и

- скорость транспортного средства ниже первого порога скорости.

Система трансмиссии может перейти во второй режим работы, если соблюдены следующие условия:

- значение задаваемого крутящего момента равно значению крутящего момента, передаваемого в первом режиме, и

- разность скоростей первой и второй колесных осей превышает первый порог, и

- скорость транспортного средства ниже первого порога скорости.

Система трансмиссии может выйти из второго режима работы, если соблюдены следующие условия:

- разность скоростей первой и второй колесных осей меньше второго порога или скорость транспортного средства превышает второй порог скорости, и

- запрошен первый или третий режим.

Во втором режиме значение крутящего момента, передаваемого механическим средством соединения, может быть фиксированным.

Во втором режиме значение крутящего момента, передаваемого механическим средством соединения, может быть переменным.

Во втором режиме значение крутящего момента, передаваемого механическим средством соединения, может зависеть от разности скорости колес первой и второй колесных осей, например, может быть линейной функцией разности скорости колес первой и второй осей.

Согласно изобретению, способ управляет работой системы трансмиссии автотранспортного средства. Система содержит первую ось, приводимую во вращение по умолчанию, и вторую ось, приводимую во вращение факультативно в зависимости от состояния механического средства соединения. Способ обеспечения работы содержит фазу применения вышеуказанного способа управления.

Объектом изобретения является также носитель для записи данных, считываемый вычислительным устройством, на котором записана компьютерная программа, содержащая программные коды для осуществления этапов вышеуказанного способа.

Согласно изобретению, система управляет состоянием механического средства соединения первой и второй колесных осей системы трансмиссии автотранспортного средства. Первая ось приводится во вращение по умолчанию, а вторая ось приводится во вращение факультативно в зависимости от состояния средства соединения. Система содержит материальные и/или программные средства для применения описанного выше способа.

Материальные средства могут содержать:

- средство определения крутящего момента, задаваемого для передачи на вторую ось,

- факультативное средство определения температуры механического средства соединения,

- средство определения разности скорости колес первой и второй колесных осей, и

- средство определения скорости транспортного средства.

Согласно изобретению, система трансмиссии автотранспортного средства содержит первую ось, приводимую во вращение по умолчанию, и вторую ось, приводимую во вращение факультативно в зависимости от состояния механического средства соединения первой и второй осей, и вышеуказанную систему управления механическим средством соединения.

Согласно изобретению, автотранспортное средство содержит вышеуказанную систему управления или вышеуказанную систему трансмиссии.

Объектом изобретения является также компьютерная программа, содержащая программный код, предназначенный для реализации этапов вышеуказанного способа, когда программу исполняет компьютер.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 - вариант выполнения автотранспортного средства, содержащего систему трансмиссии с четырьмя ведущими колесами в соответствии с изобретением;

фиг.2 - график, иллюстрирующий действие изобретения на механическое средство соединения колесных осей транспортного средства с четырьмя ведущими колесами;

фиг.3 - схема программной структуры, управляющей работой системы управления и системы трансмиссии в соответствии с изобретением и позволяющей осуществлять способы в соответствии с изобретением;

фиг.4 - схема различных режимов, в которых может работать система трансмиссии, при этом на схеме показаны также возможные переходы между этими различными режимами.

Вариант выполнения автотранспортного средства 10 в соответствии с изобретением, показанный на фиг.1, включает в себя вариант выполнения системы 18 трансмиссии с четырьмя ведущими колесами, в частности с четырьмя управляемыми ведущими колесами.

Система 18 трансмиссии механически связана с двигателем 13 (или источником крутящего момента) транспортного средства. Система 18 трансмиссии в основном содержит первую ось 17 колес 21, 22, соединенных между собой дифференциалом 15, который, в свою очередь, соединен с двигателем 13 через коробку передач 14, и вторую ось 19 колес 23, 24, соединенных между собой дифференциалом 16, при этом дифференциал 16 соединен с дифференциалом 15 через раздаточную коробку 25 и механическое средство соединения (муфта) 11. Система трансмиссии содержит также систему 12 управления состоянием механического средства соединения. Система управления содержит средство выбора режима работы системы трансмиссии и вычислительное устройство.

Хотя на фигурах это и не показано, система трансмиссии содержит средства определения переменных состояния транспортного средства, например, такие как средства получения скорости вращения каждого колеса, средства получения данных, связанных с торможением (датчик действия на педаль тормоза, датчик действия на орган управления стояночным тормозом, датчики активации системы контроля устойчивости и/или моторики и/или сцепления с дорогой транспортного средства), и электронные или автоматические вычислительные средства. Система трансмиссии содержит средство выбора пользователем (например, на приборном щитке) режима работы системы, в частности первого режима «AWD Auto», второго режима «AWD Lock» или третьего режима «2AWD», средство отслеживания, - на основании переменных состояния транспортного средства и/или системы, - намерения водителя и условий движения (ускорение, торможение, буксование…) и средство управления для переключения системы в определенный режим в зависимости от режима, выбранного водителем, от намерения водителя и от условий движения транспортного средства. Система трансмиссии, в частности система управления средством соединения содержит также материальные и/или программные средства, позволяющие осуществлять способы в соответствии с изобретением. В частности, система и, конкретно, вычислительное устройство может содержать компьютерную программу, содержащую программный код, предназначенный для реализации этапов способов в соответствии с изобретением.

В системе трансмиссии первая ось (например, передняя ось, соответственно задняя ось) приводится во вращение по умолчанию от источника крутящего момента. С другой стороны, вторая ось (например, задняя ось, соответственно передняя ось) приводится во вращение только факультативно в зависимости от состояния муфты.

Таким образом, в зависимости от состояния муфты система трансмиссии имеет четыре следующих режима работы:

- первый режим трансмиссии, когда только часть (переменная) максимальной мощности крутящего момента, поступающая от источника момента и предназначенная для второй оси, действительно передается на вторую ось; этот первый режим, называемый режимом «AWD Auto», соответствует так называемой «управляемой» муфте, то есть система управления муфтой автоматически управляет ее работой, в частности величиной переданного или передаваемого крутящего момента,

- второй режим трансмиссии, когда вся максимальная мощность CLock крутящего момента, поступающая от источника момента и предназначенная для второй оси, действительно передается на вторую ось; этот второй режим, называемый «AWD Lock», соответствует так называемой «замкнутой» муфте, то есть она блокируется в состоянии, определяющем фиксированное значение CLock передаваемого максимального крутящего момента,

- третий режим трансмиссии, когда на вторую ось не передается или передается лишь в незначительной степени крутящий момент от источника момента; этот третий режим, называемый «2WD», соответствует так называемой «разомкнутой» муфте, то есть муфта деактивирована или передает только крутящий момент ничтожной величины,

- четвертый режим, когда значение, большее всей максимальной мощности Clock крутящего момента, предназначенное для второй оси, может действительно передаваться на вторую ось; этот четвертый режим, называемый режимом «4WD SuperLock» соответствует так называемой «замкнутой» муфте, то есть она блокируется в состоянии, определяющем фиксированное или переменное значение CSuperCLock передаваемого крутящего момента, при этом значение CSuperCLock превышает значение крутящего момента Clock.

С точки зрения технологии муфта может быть фрикционной, то есть содержит фрикционные диски, предназначенные для введения в контакт друг с другом с целью передачи крутящего момента, и приводное средство для разъединения или для приведения этих дисков во взаимный контакт. Приводным средством управляет система 12 управления. Муфта представляет собой, например, электромагнитное сцепление, управляемое током.

Управление крутящим моментом, передаваемым муфтой, должно позволять избегать чрезмерного воздействия на механические элементы кинематической цепи, чтобы избежать их механической поломки. Следовательно, необходимо устанавливать компромисс между эффективностью преодоления препятствий (что требует точечной передачи мощного крутящего момента) и надежностью механических элементов (опасность для них возникает при частом использовании больших крутящих моментов).

В случае муфты типа сцепления, когда эта муфта пробуксовывает (проскальзывает), создается трение и, следовательно, сцепление нагревается. Трение возникает за счет разности скорости между входом и выходом муфты, которые соответствуют передачам в направлении переднего и заднего мостов.

Способы и системы в соответствии с изобретением позволяют передавать крутящий момент CSuperCLock, превышающий максимальный крутящий момент Clock, обычно применяемый в режиме "4WD Lock", когда в' режиме "4WD Lock" или "AWD Auto" возникает совокупность определенных условий. В этом случае происходит переход из режима "4WD Lock" или "AWD Auto" в режим "4WD SuperLock". Этот более мощный крутящий момент позволяет сцеплению не пробуксовывать и, следовательно, не нагреваться.

Эта ситуация описана ниже со ссылками на фиг.2. На этой фигуре представлены изменения температуры муфты в зависимости от времени. Например, предположим, что транспортное средство находится в фазе преодоления препятствия, в которой система трансмиссии работает в режиме "4WD Lock" или "AWD Auto". Учитывая трудность преодоления препятствия, скорости передней и задней колес оказываются разными, и между фрикционными дисками муфты происходит пробуксовка. Это трение приводит к нагреву муфты, показанному повышающимся участком кривой температуры муфты на фиг.2. Если не предпринимать никаких мер, температура может продолжать повышаться, что показано участком «перегрев от пробуксовки». Благодаря изобретению, система трансмиссии может перейти в режим "4WD SuperLock", в котором пробуксовка устраняется. После этого температура муфты понижается, что показано участком кривой под обозначением «дополнительный крутящий момент позволяет устранить пробуксовку».

В режим "4WD Lock" или "AWD Auto" возвращаются, если определенные условия вернулись к своим номинальным значениям. Условия перехода между режимом "4WD Lock" или "AWD Auto" или "4WD SuperLock" могут различаться.

Переход в режим "4WD SuperLock" можно, например, контролировать при помощи картографии в зависимости от скорости транспортного средства.

В режиме транспортного средства можно применять насыщение, например, в виде картографии, действующей как шаблон, чтобы убеждаться, что момент, прикладываемый к муфте 11, не выходит за пределы, установленные стратегиями передачи крутящего момента.

В случае пробуксовки и/или нагрева муфты способы и системы в соответствии с изобретением позволяют прикладывать большее количество крутящего момента, чтобы попытаться заблокировать пробуксовку. Это приложение дополнительного крутящего момента может быть основано на картографии, определяющей необходимое для приложения значение крутящего момента. После этого прикладываемый момент можно отфильтровать для создания шаблона или насыщения.

Изобретение позволяет применять или задавать крутящий момент сверх обычного максимального предела крутящего момента в приводных режимах "4WD Lock" и "AWD Auto".

Изобретение обеспечивает точечное преодоление серьезных препятствий (например, подъем с большим углом наклона) за счет обеспечения передачи большого крутящего момента между колесными осями.

Изобретение позволяет уменьшить нагрев муфты.

Изобретение позволяет сократить частотность случаев применения больших передаваемых крутящих моментов и, следовательно, увеличить срок службы механических элементов.

Оно позволяет также насыщать и фильтровать крутящий момент, передаваемый на привод. Его можно применять как для транспортных средств, в которых передняя ось приводится во вращение по умолчанию, так и для транспортных средств, в которых по умолчанию приводится во вращение задняя ось.

Способы в соответствии с изобретением можно интегрировать в общие способы обеспечения работы, управляющие переходами между разными режимами работы системы трансмиссии в соответствии с изобретением.

Переходы между режимами "2WD", "4WD Lock" и "AWD Auto" может задавать водитель напрямую, например через кнопку ручного выбора. Распределение крутящего момента в режиме "4WD Lock" происходит в зависимости от запроса, определяемого условиями движения. Переход от режима "4WAD Auto" к режиму "2WD" или к режиму "4WD Lock" можно осуществлять в результате обнаружения нарушения в работе.

В четвертом режиме "4WD SuperLock" передаваемый крутящий момент превышает крутящий момент, передаваемый в режиме "4WD Lock".

Обозначив CSuperLock, CLock, CAuto и C2WD крутящие моменты, передаваемые муфтой соответственно в режимах "4WD SuperLock", "4WD Lock", "AWD Auto" и "2WD", можно записать следующее неравенство: CSuperLock≥CLock≥CAuto≥C2WD. Например, различные значения крутящего момента могут находиться в пределах следующих интервалов:

Чтобы ограничить или прекратить пробуксовку сцепления, применяют крутящий момент CSuperCLock, превышающий обычный максимальный крутящий момент. Этот крутящий момент не следует применять слишком часто, так как он сильно воздействует на кинематическую цепь. Эту функцию применяют, только когда активированы режимы привода 4WD Lock и/или AWD Auto и когда встречаются определенные условия. Эти условия могут характеризовать критическую ситуацию, когда появляется реальная опасность перегрева сцепления.

На фиг.3 представлен пример программной структуры системы управления 12, позволяющей применять изобретение. Она содержит модуль 31 считывания положения кнопки выбора режима работы, модуль 32 сбора и обработки входных сигналов, поступающих от различных агрегатов и датчиков транспортного средства, модуль 33 обработки этих данных и модуль 34 выработки команды для подачи на муфту 11. Модуль 33 содержит блок 35 обнаружения переходов режима работы, блок 37 определения стратегий, относящихся к различным режимам работы, и автомат 36 контроля.

Далее следует описание первого примера осуществления способа управления в соответствии с изобретением.

Переход к режиму "4WD SuperLock" возможен только из режимов "4WD Lock" или "AWD Auto", но к нему невозможно перейти из режима "2WD".

Чтобы перейти из режима "4WD Lock" в режим "4WD SuperLock", необходимо чтобы в совокупности были соблюдены следующие условия:

- Задаваемый крутящий момент=Clock, и

- Температура (измеренная или оценочная) муфты≥Первый температурный порог (температурный порог наступления нагрева) Ti, и

- Буксование (среднее значение скоростей передних колес - среднее значение скоростей задних колес)≥первое пороговое значение (порог буксования между колесными осями) G₁ (например, порядка 5 км/ч), и

- Скорость транспортного средства<первый порог (нижний порог скорости) V0 (например, порядка 20 км/ч).

Таким образом, к режиму "4WD SuperLock" переходят, только если максимальный крутящий момент, допустимый в режиме "4WD Lock", оказывается недостаточным для преодоления препятствия (что приводит к нагреву муфты и к устойчивому буксованию между передней и задней колесными осями), причем достаточно долго, чтобы температура муфты поднялась выше температурного порога наступления нагрева Ti.

Чтобы перейти из режима "4WD SuperLock" в режим "4WD Lock", необходимо чтобы в совокупности были соблюдены следующие условия:

- Температура (измеренная или оценочная) муфты<второй температурный порог (порог нормальной рабочей температуры) Т₀, ИЛИ Скорость транспортного средства>второй порог скорости (умеренный порог скорости) VI (например, порядка 40 км/ч), и

- Задан режим "AWD Auto" (например, водителем при помощи кнопки выбора). Температурные пороги Т₀ и T₁ определяют таким образом, чтобы Т₀<Ti. Например: Т₀=120°C и Ti=140°C. Таким образом, выйти из режима "4WD SuperLock" можно, если температура муфты находится под контролем (что предполагает контроль ее пробуксовки) или если скорость транспортного средства становится слишком высокой, чтобы можно было разрешать передачу больших крутящих моментов.

Далее следует описание второго примера осуществления способа управления в соответствии с изобретением.

В этом варианте переход в режим "4WD SuperLock" обусловлен не температурой, а только буксованием. Это позволяет раньше использовать дополнительный крутящий момент. Влияние на функцию преодоления препятствия является позитивным, но частотность использования режима "4WD SuperLock" увеличивается.

Для перехода из режима "4WD Lock" в режим "4WD SuperLock" необходимо соблюдение совокупности следующих условий:

- Заданный момент=CLock, и

- Буксование (среднее значение скоростей передних колес - среднее значение скоростей задних колес)≥первое пороговое значение (порог буксования между колесными осями) G₁ (например, порядка 5 км/ч), и

- Скорость транспортного средства<первый порог (нижний порог скорости) V0 (например, порядка 20 км/ч).

Чтобы перейти из режима "4WD SuperLock" в режим "4WD Lock", необходимо чтобы в совокупности были соблюдены следующие условия:

- Пробуксовка муфты<Go при Go=0.5*Gi, ИЛИ Скорость транспортного средства>второй порог скорости (умеренный порог скорости) VI (например, порядка 40 км/ч), и

- Задан режим "4WD Lock" (например, водителем при помощи кнопки выбора).

Чтобы перейти из режима "4WD SuperLock" в режим "4WD Auto", необходимо чтобы в совокупности были соблюдены следующие условия:

- Пробуксовка муфты<0.5*Gi, ИЛИ Скорость транспортного средства>второй порог скорости (умеренный порог скорости) V1 (например, порядка 40 км/ч), и

- Задан режим "4WD Auto" (например, водителем при помощи кнопки выбора).

В первой версии способа управления крутящий момент, передаваемый в режиме "4WD SuperLock", является постоянным и принимает свое максимальное значение, например 1500 Н.м. Таким образом, способ является простым в применении и быстро повышает эффективность системы трансмиссии во время операций преодоления препятствий.

Во второй версии способа управления крутящий момент, передаваемый в режиме "4WD SuperLock", является переменным и, как минимум, равен CLock (в нашем примере 1000 Н.м) и, как максимум, равен CSuperLock (в нашем примере 1500 Н.м). Разность между этими двумя значениями зависит от буксования между передними колесами и задними колесами. Эта зависящая от буксования разность может принимать следующую форму:

CSuperLock=CLock+а×Буксование (с насыщением при 1500 Н.м), где а является положительной константой, определяемой во время испытаний на транспортном средстве.

Предпочтительно, но не обязательно эту вторую версию комбинируют со вторым вариантом осуществления способа.

Эта вторая версия позволяет ограничить частотность применения больших крутящих моментов (1500 Н.м). Действительно, этот максимальный крутящий момент применяют только в случаях, когда он действительно необходим (устойчивое буксование при меньшем крутящем моменте). Это позволяет, в частности, частично не обращать внимания на неточности работы муфты. Например, муфта, которая позволила бы передавать 1800 Н.м, когда от нее требуется передача момента 1500 Н.м, никогда или почти никогда не достигнет своего максимального момента. Действительно, маловероятно, что реально передаваемого момента в 1500 Н.м окажется недостаточно для уменьшения буксования. Таким образом, крутящий момент CSuperLock=CLock+а×Буксование не достигает 1500 Н.м, и реально передаваемый крутящий момент не достигает 1800 Н.м.

Таким образом, эта вторая версия представляет интерес, поскольку позволяет еще больше сократить частотность применения передачи большого крутящего момента. Она тем более является предпочтительной, поскольку муфты являются неточными при получении задаваемого крутящего момента.

На фиг.4 представлены разные режимы работы и возможные переходы между этими разными режимами. Режим "2WD" показан в прямоугольнике 41, режим "AWD Auto" показан в прямоугольнике 42, режим "4WD SuperLock" показан в прямоугольнике 43, и режим "4WD Lock" показан в прямоугольнике 44. Можно переходить от одного к другому среди трех режимов: "2WD", "4WD Auto" и "4WD Lock". Однако в режим "4WD SuperLock" можно переходить только из режимов "4WD Auto" и "4WD Lock".