SE522900C2 - Arrangemang och förfarande för att detektera ett nollmoment i en växellåda - Google Patents

Description

522 900 ' SE 504 717 visar en vidareutveckling av det ovan anförda förfa- randet. Utöver en beräkning av det motormoment som erfordras för att ett nollmoment ska erhållas i växellådan görs här även en mätning i samband med varje växling för att utvärdera om det beräknade och utstyrda motormomentet i samband med en ur- läggning av en växel var ett korrekt nollmoment. Om så inte var fallet sker en korrigering vid en efterföljande växlingen av det beräknade nollmoment med ett värde som motsvarar felet vid den föregående urläggningen av växeln.

SE 507 436 visar ytterligare ett förfarande för att medge korri- gering av ett beräknat och utstyrt motormoment. Här mäts varv- talet hos växellådans utgående axel. Om axeln uppvisar en varvtalsändring omedelbart efter att en växel lagts ur konstate- ras att inget nollmoment rådde i växellådan när växeln lades ur.

I sådana fall sker en korrigering vid en efterföljande växling av ett beräknat motormomentet med ett värde som är relaterat till amplituden på växellådans utgående axels varvtalsändring.

SE 507 869 visar ett förfarande för styrning av motormoment vid växling av ett fordon. Här mäts torsionsvridningen hos fordonets drivaxlar som ett mått på det aktuella vridmomentet i växellådan.

Ett aktuellt värde på torsionsvridningen bestäms genom signal- behandling av mätsignaler avseende aktuellt motorvarvtal och drivhjulsvarvtal. Motorns moment justeras här tills torsionsvrid- ningen är noll varefter en urläggning av den ilagda växel utförs.

De ovan kända förfarandena är funktionella men erfordrar avan- cerade beräkningar som innefattar en flertal ingående paramet- rar för att det motormoment som svarar mot ett nollmoment i växellådan ska kunna bestämmas. Därutöver är det komplicerat att tillföra bränsle i en sådan mängd så att en motor exakt er- håller ett beräknat motormoment, då bl.a. bränslets kvalitet kan variera. Dessutom är de kända förfarandena relativt tidskrävan- de och det vore önskvärt att kunna reducera den tid det tar för 10 15 20 25 30 35 522 900 ' att styra motormomentet och detektera ett nollmoment i växellå- dan så att den ilagda växeln kan läggas ur.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNlNGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfa- rande och ett arrangemang för att detektera ett nollmoment i en växellåda på ett enkelt och tillförlitligt sätt. Ett annat syfte är att tillhandahålla en detektering av ett nollmoment som medger en snabb och okomplicerad styrning av en motors moment mot ett nollmoment i växellådan.

Det först angivna syftet uppnås med den inledningsvis nämnda arrangemanget och förfarandet som kännetecknas av vad som anges i patentkravens 1 och 8 kännetecknande delar. l kuggin- grepp mellan kuggar i en växellåda finns alltid ett visst glapp.

Ett sådant glapp medför att då en motor tillför ett positivt mo- ment är kuggarna i ett kuggingrepp i ett första vridläge i förhål- lande till varandra och då motorn tillför ett negativt moment är kuggarna i ett kuggingrepp i ett andra vridläge i förhållande till varandra. l samband med en övergång från ett positivt moment till ett negativt moment i växellådan sker en vridning av kuggar- na i kuggingreppet mellan nämnda första och andra vridläge.

Detta glapp visar sig vanligtvis under en kort tidsperiod av 0,05 till 0,10 sekunder. Genom att styrenheten med en frekvens av lägst 50 Hz, men företrädesvis en högre frekvens, jämför varv- talet hos växellådans ingående och utgående axlar kan nämnda glapp i växellådan detekteras som en varvtalsavvikelse mellan nämnda axlar då nämnda vridning sker. De avlästa parametrar- na är med fördel varvtalen hos den ingående axeln i växellådan och den utgående axeln i växellådan. Men även andra parame- ter som står i en relation till dessa parametrar kan mätas. Ex- empelvis så kan motorvarvtalet mätas istället för varvtalet hos den ingående axeln i växellådan om motor och den ingående axeln i växellådan är fast förbundna. 10 15 20 25 30 35 522 '900 Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är styrenheten inrättad detektera ett nollmoment i växellådan då en sådan avvikelse uppnår ett bestämt värde. Eftersom störningar av olika slag kan leda till mindre fluktuationer av uppmätta pa- rametervärden bör en sådan avvikelse åtminstone uppnå ett mi- nimivärde innan man med säkerhet kan detektera att ett noll- moment råder i växellådan. Med fördel varierar nämnda värde av avvikelsen för olika växlar. Eftersom glappet i kuggingreppet för låga växlar är större än för höga växlar är det lämpligt att låta nämnda värde vara större för låga växlar än för höga växlar.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är styrenheten inrättad att beräkna en funktion som innefattar ett förhållande mellan den första parametern och den andra para- metern. Förhållandet mellan nämnda parametrar uppvisar ett konstant förhållande då ett positivt eller ett negativt moment rå- der i växellådan. En sådan funktion innehåller med fördel även en korrigeringsfaktor som innefattar ilagd växels utväxlingsför- hållande i växellådan. Med en lämplig sådan korrigeringsfaktor blir värdet av funktionen åtminstone i teorin exakt lika med 1,00 då ett positivt eller ett negativt moment råder i växellådan. Om motorn regleras så att en övergång från ett positivt moment till ett negativt moment erhålls i växellådan kommer växellådans ingående axel, p.g.a. nämnda glapp, under ett övergångsskede erhålla en lägre varvtal i förhållande till den utgående axeln.

Nämnda funktion erhåller därmed ett värde som är ett par pro- cent lägre än 1,00. På motsvarande sätt om motorn regleras så att en övergång från ett negativt moment till ett positivt moment i växellådan erhålls så kommer växellådans ingående axel att un- der ett övergångsskede erhålla en högre varvtal i förhållande till den utgående axeln. Nämnda funktion erhåller därmed ett värde som är ett par procent högre än 1,00. Genom att beräkna en så- dan funktions värde kan på ett relativt okomplicerat sätt be- stämmas när en övergång sker i växellådan mellan ett positivt och ett negativt moment. Under nämnda övergång råder således ett nollmoment i växellådan. 10 15 20 25 30 35 522 900 ' Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är, då en växling önskas utföras, styrenheten inrättad att reglera mo- torns utgående moment så att det justeras i en sådan riktning så att nollmoment medges att indikeras i växellådan. Exempelvis styrs bränsletillförseln till motorn för att justera motorns utgåen- de moment. Råder ett positivt moment i växellådan minskas bränsletillförseln till motorn tills ett negativt moment erhålls så att ett nollmoment kan detekteras under övergångsskedet. Rå- der i stället ett negativt moment i växellådan ökas bränsletillför- seln till motorn tills ett positivt moment erhålls så att ett nollmo- ment kan detekteras under övergångsskedet. Här behöver inte exakt beräknas hur mycket bränsle som ska tillföras motorn utan bränslemängden kan ökas eller minskas på ett väsentligen god- tyckligt men funktionellt sätt. Ett nollmoment kan därmed erhål- las och detekteras relativt snabbt.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är då en växling önskas utföras, styrenheten inrättad att aktivera en växlingsmekanism som lägger ur den ilagda växeln då ett noll- moment detekteras i växellådan. Så snart som avvikelse detek- teras avseende varvtalet hos växellådans ingående och utgåen- de axlar läggs den ilagda växeln ur. Då det momentlösa tillstån- det i växellådan i regel endast råder under en tidsperiod av 0,05 till 0,10 sekunder erfordras en relativt snabb aktivering av väx- lingsmekanismen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är växellådans utgående axel inrättad att avge ett moment till en drivlina i ett fordon. Det ovan beskrivna arrangemanget och för- farandet utnyttjas med fördel i ett fordon. Parametrar som är relaterade till växellådans utgående axels varvtal kan i princip mätas var som helst på drivlinan. 10 15 20 25 30 35 522 900' KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs såsom ett exempel en föredragen utfö- ringsform av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritning, på vilken: Fig 1 visar schematiskt ett arrangemang enligt föreliggande uppfinning och Fig 2 visar i kurvform en nollmomentdetekterande funktions värde med tiden under drift av ett fordon.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖ- RINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig 1 visar schematiskt valda delar av ett fordon. Fordonet drivs av en motor 1. Motorn 1 driver, via en utgående axel 2 och en koppling 3, en ingående axel 4 hos en stegväxellàda 5. Steg- växellådan 5 innefattar ett flertal växlar med varierande utväx- ling. Från växellådan 5 sträcker sig en utgående axel 6 som är i ingrepp med en drivlina hos fordonet. Drivlinan innefattar en kardanaxel 7, en slutväxel 8 och drivaxlar 9 som är förbundna med fordonets drivhjul 10. I detta utföringsexempel är koppling- en 3 avsedd att manövreras i huvudsak endast vid start och stopp av fordonet. Vid växling mellan olika växlar i växellådan 5 under färd är kopplingen 3 inte avsedd att manövreras. Växling- en sker således med kopplingen 3 i ingrepp som en drivkraft- överförande stel förbindning mellan motorns 1 utgående axel 2 och växellådans ingående axel 4.

Fordonets växlingssystem innefattar en elektrisk styrenhet 11 som är inrättad att erhålla information från en förare medelst en växelspak 12 när en växling önskas att utföras. Styrenheten 11 aktiverar därmed en bränsleinsprutningsenhet 13 för att styra motorns 1 moment så att ett nollmoment kan erhållas i växellå- dan 5. När ett nollmoment erhålls i växellådan 5 aktiverar styr- enheten 11 en växlingsmekanism 14 som lägger ur den i ingrepp 10 15 20 25 30 35 522 900' befintliga växeln. Därefter reglerar styrenheten 11 bränslein- sprutningsmängden genom bränsleinsprutningsenheten 13 så att motorn 1 erhåller ett varvtal så att våxlingsmekanismen 14 kan lägga i en ny växel.

Arrangemanget för att detektera ett nollmoment i växellådan 5 innefattar en första sensor 15 som är inrättad att avkänna väx- ellådans ingående axels 4 varvtal och en andra sensor 16 som är inrättad att avkänna växellådans utgående axels 6 varvtal.

Alternativt kan med fördel redan befintliga sensorer i fordonet utnyttjas vilka, exempelvis, avkänner motorns 1 varvtal som motsvarar växellådans ingående axels 4 varvtal och kardanax- elns 7 varvtal som motsvarar växellådans utgående axels 6 varvtal. De första 15 och andra 16 sensorerna sänder en signal som är relaterad till respektive axels 4, 6 uppmätta varvtal till styrenheten 11. Styrenheten 11 beräknar med en frekvens av, exempelvis, 100 Hz en nollmomentdetekterande funktion f. Styr- enheten 11 beräknar funktionen f åtminstone då en växlingssig- nal erhållits från växelspaken 12 men kan även med fördel be- räkna funktionen f väsentligen kontinuerligt. Funktionen f anger förhållandet mellan växellådans ingående axels 4 varvtal och växellådans utgående axels 6 varvtal korrigerat med den ilagda växelns utväxlingsförhållande. Funktionens f värde blir vid en helt stel förbindning i växellådan 1,00 åtminstone teoretiskt då ett positivt eller ett negativt moment överförs i växellådan 5.

Fig 2 visar en kurva som beskriver hur funktionens f värde varie- rar med tiden t under färd av ett fordon. Under en första tidspe- riod I motorbromsas fordonet och det framförs således med ett negativt moment i växellådan 5. l kuggingrepp mellan kuggar i en växellåda 5 finns alltid åtminstone ett litet glapp. Ett sådant glapp medför att då motorn 1 tillför ett positivt moment är kug- garna i ett kuggingrepp belägna i ett första vridläge i förhållande till varandra och då motorn 1 tillför ett negativt moment är kug- garna i ett kuggingrepp belägna i ett andra vridläge i förhållande till varandra. Under den första tidsperioden I då ett negativt 10 15 20 25 30 35 moment överförs i växellådan 5 är kuggarna i det andra vridläget och växellådans 5 ingående axeln 4 och utgående axeln 5 upp- visar ett helt överensstämmande varvtal med hänsyn tagen till ilagd växel i växellådan. Funktionen f är här således väsentligen konstant 1,00. De mindre variationer av funktionen f som före- kommer härrör från vibrationsrörelser mellan kuggarna i ingrepp och mätstörningar. l slutet av den första tidsperioden I bestämmer sig föraren av fordonet för att lägga i en ny växel. En styrsignal sänds från växelspaken 12 till styrenheten 11 som aktiverar brånsleinsprut- ningsenheten 13. så att motorn 1 erhåller en ökad brånsletillför- sel. Motorns 1 avgivna moment till växellådans ingående axel 4 ökar och ett positivt moment erhålls i växellådan 5. I samband med en övergång från ett negativt moment till ett positivt mo- ment sker en vridning av kuggarna i kuggingreppet från det andra till det första vridläget. Ett sådant glapp visar sig vanligt- vis under en kort tidsperiod II av 0,05 till 0,10 sekunder. Under en sådan kuggvridning erhålls ett nollmoment i växellådan. Ge- nom att styrenheten 11 med åtminstone en frekvens av 100 Hz erhåller information om varvtalen hos växellådans ingående 4 och utgående 6 axlar kan nämnda glapp i växellådan 5 detekte- ras som en varvtalsavvikelse mellan axlarna 4, 6 när nämnda vridning sker. Den ingående axeln 4 erhåller i glappet, under tidsperioden II, ett högre varvtal än den utgående axeln 6. Det av styrenheten 11 beräknade funktionsvärdet f erhåller under tidsperioden II därför ett högre värde en 1,00. För att med sä- kerhet detektera att ett momentlöst tillstånd råder detekterar styrenheten 11 ett nollmoment i växellådan 5 först då en avvi- kelse från värdet 1,00 uppnår ett bestämt värde a1. Värdet av avvikelsen a1 kan variera för olika växlar. I Fig 2 ligger avvikel- sen a, på cirka 1%. Då nämnda avvikelse erhålls aktiverar styr- enheten 11 växlingsmekanismen 14 som lägger ur den ilagda växeln. Därefter aktiverar styrenheten 11 insprutningsenheten 13 för att styra motorns 1 varvtal så att en ny växeln kan läggas i. 10 15 20 25 30 35 522 '900 Under den efterföljande tidsperioden III framförs fordonet med ett positivt moment i växellådan 5. Under den tredje tidsperioden III är kuggarna i det första vridiäget och växellådans 5 ingående axeln 4 och utgående axeln 5 uppvisar ett överensstämmande varvtal med hänsyn tagen till ilagd växel i växellådan 5. Funktio- nen f är här väsentligen konstant 1,00. l slutet av den tredje tidsperioden III initierar föraren att en ny växel ska läggas i. En styrsignal sänds från växelspaken 12 till styrenheten 11 som ak- tiverar bränsleinsprutningsenheten 13 så att bränslemängden som tillförs motorn 1 minskar. Motorns 1 avgivna moment till växellådans ingående axel 4 minskar och ett negativt moment erhålls i växellådan 5. l samband med övergången från ett posi- tivt moment till ett negativt moment i växellådan 5 sker en vrid- ning av kuggarna i kuggingreppet från det första till det andra vridiäget. Den ingående axeln 4 erhåller under nämnda vridning ett lägre varvtal än den utgående axeln 6. Det av styrenheten 11 beräknade funktionsvärdet f erhåller under tidsperioden IV där- för ett lägre värde än 1,00. För att med säkerhet konstatera att ett momentlöst tillstånd råder detekterar styrenheten 11 ett nollmoment i växellådan 5 först då en sådan avvikelse uppnår ett bestämt värde az. Värdet av avvikelsen az varierar för olika växlar och motsvarar väsentligen värdet a1 för motsvarande växel. l Fig 2 är avvikelsen az cirka 1%. Då ett funktionsvärde f erhålls som motsvarar avvikelsen az aktiverar styrenheten 11 växlingsmekanismen 14 som lägger ur den i ingrepp befintliga växeln. Därefter aktiverar styrenheten 11 insprutningsenheten 13 för att justera bränsleinsprutningsmängden med syfte att sty- ra motorns 1 varvtal så att en ny växeln kan läggas i.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till den beskrivna utfö- ringsformen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar.

Uppfinningen är inte begränsad till att enbart utnyttjas för att medge en momentlös urläggning av en växel i en växellåda utan kan utnyttjas i ett väsentligt godtyckligt sammanhang där det är önskvärt att detektera ett nollmoment i en växellåda. I Fig 1 be- 522 900 10 skrivs ett manuellt växlingsförfarande där föraren medelst växel- spaken 12 lägger i önskad växel. Uppfinningen är självfallet även tillämpbar i samband med automatiska och halvautomatis- ka växlingsförfaranden, dvs när styrenheten 11 bestämmer när växling ska ske och vilken växel som ska läggas i.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 @ u u n en o 522 900 11 Patentkrav

1. Arrangemang för att detektera ett nollmoment i en stegväxel- låda, varvid stegväxellådan (5) innefattar en ingående axel (4) som är inrättad att erhålla ett moment från en motor (1) och en utgående axel (6) som är inrättad att avge ett moment till ett objekt (7-9), och varvid arrangemanget innefattar en första sen- sor (15) som är inrättad att avkänna en första parameter som är relaterad till växellådans ingående axels (4) varvtal, en andra sensor (16) som är inrättad att avkänna en andra parameter som är relaterad till växellådans utgående axels (6) varvtal och en styrenhet (11) som är inrättad att mottaga mätvärden avseende nämnda första och andra parameter, kännetecknat av att styr- enheten (11) är inrättad att jämföra om växellådans ingående axels (4) och utgående axels (6) varvtal överensstämmer med hänsyn tagen till ilagd växels utväxlingsförhållande i växellådan (5) och att detektera ett nollmoment i växellådan (5) ifall en av- vikelse mellan växellådans ingående axels (4) och utgående ax- els (6) varvtal förekommer.

2. Arrangemang enligt krav 1, kännetecknat av att styrenheten (11) är inrättad detektera ett nollmoment i växellådan (5) då en sådan avvikelse uppnår ett bestämt värde (a1, az).

3. Arrangemang enligt krav 2, kännetecknat av att nämnda be- stämda värde av avvikelsen (a1, ag) varierar för olika växlar.

4. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att styrenheten (11) är inrättad att beräkna en funktion (f) som innefattar förhållandet mellan den första parametern och den andra parametern.

5. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att då en växling önskas utföras är styrenheten (11) inrättad att reglera motorns (1) utgående moment så att det justeras i en 5 10 15 20 25 30 35 522 9 o oåïr iflëilši - II= - “ 12 sådan riktning så att ett nollmoment medges att indikeras i väx- ellådan (5).

6. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att då en växling önskas utföras år styrenheten (11) inrättad, att aktivera en växlingsmekanism (14) som lägger ur den ilagda växeln då ett nollmoment detekteras i växellådan (5).

7. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat a_v att växellådans utgående axel (6) är inrättad att avge ett moment till en drivlina (7-9) i ett fordon.

8. Förfarande för att detektera ett nollmoment i en stegväxellà- da, varvid stegväxellàdan (6) innefattar en ingående axel (4) som är inrättad att erhålla ett moment från en motor (1) och en utgående axel (6) som är inrättad att avge ett moment till ett objekt (7-9), och varvid förfarandet innefattar stegen att avkänna en första parameter som är relaterad till växellådans ingående axels (4) varvtal, att avkänna en andra parameter som är relate- rad till växellådans utgående axels (6) varvtal och att mottaga mätvärden avseende nämnda första och andra parameter, k_'aj_r¿ netecknat av att förfarande även innefattar stegen att jämföra om växellådans ingående axels (4) och utgående axels (5) varvtal överensstämmer med hänsyn tagen till ilagd växels ut- växlingsförhållande i växellådan och att detektera ett nollmo- ment i växellådan (5) ifall en avvikelse mellan växellådans ingå- ende axels (4) och utgående axels (6) varvtal förekommer.

9. Förfarande enligt krav 8, kännetecknat av att detektera ett nollmoment i växellådan (5) då en sådan avvikelse uppnår ett bestämt värde (a1, az).

10. Förfarande enligt krav 9, kännetecknat av att variera nämn- da bestämda värde av avvikelsen (a1, az) för olika växlar. 10 15 u ,, u nu u. n» I I ". ,", , n. o I z f , ,, av I fi , , u u . ' " .. z: o o 00 ' ° . u. o nu :ß v _ Q , _ .nu :_ _", , , . . . , v." . -- I I I 5 13

11. Förfarande enligt något av de föregående kraven 8-10, kän- netecknat av att beräkna ett funktion (f) som innefattar förhål- lande mellan den första parametern och den andra parametern.

12. Förfarande enligt något av de föregående kraven 8-11, kän- netecknat av att då en växling önskar utföras styra det utgående motormomentet så att det justeras i en sådan riktning så att ett nollmoment medges att indikeras i växellådan (5).

13. Förfarande enligt något av de föregående kraven 8-12, k_än_- netecknat av att då en växling önskar utföras aktivera en väx- lingsmekanism (14) som lägger ur den ilagda växeln då ett noll- moment detekteras i växellådan (5).

14. Förfarande enligt något av de föregående kraven 8-13, kän- netecknat av att växellådans utgående axel (6) avger ett mo- ment till en drivlina (7-9) i ett fordon.