ES2287380T3 - Sistema de control para una caja de engranajes robotizada en un vehiculo automovil con la capacidad de aprender la posicion de las relaciones o engranajes. - Google Patents

Abstract

Un sistema de control para una caja de engranajes (GS) de tipo robotizado para un vehículo automóvil, que incluye medios (L1, L2) de control de palanca desplazables a lo largo de al menos una línea (1-4) de trabajo a lo largo de la cual están definidas una pluralidad de posiciones nominales de funcionamiento que corresponden a las relaciones de velocidades o engranajes (I-VI; R) y a una posición (N) de punto muerto, incluyendo el sistema de control: - medios electro-mecánicos (A1, A2) de actuador de desplazamiento acoplados a dichos medios (L1, L2) de control de palanca y accionables para desplazarlos a lo largo de al menos una línea (1-4) de trabajo, - medios electrónicos (ECU) de control para controlar el funcionamiento de dichos medios (A1, A2) de actuador de acuerdo con un modo predeterminado, como para provocar que dichos medios (L1, L2) de control de palanca se dispongan selectivamente en una de dichas posiciones de funcionamiento, - medios (PS1, PS2; IS1, IS2; TS1, TS2) de sensor asociados con dichos medios (L1, L2) de control de palanca y accionables para suministrar a los medios electrónicos (ECU) de control señales que juntas indican que dichos medios (L1, L2) de control de palanca han alcanzado posiciones predeterminadas a lo largo de dicha al menos una línea (1-4) de trabajo, y - medios (M) de memoria asociados con dichos medios electrónicos (ECU) de control.

Description

Sistema de control para una caja de engranajes robotizada en un vehículo automóvil con la capacidad de aprender la posición de las relaciones o engranajes.

La presente invención se refiere a un sistema de control para una caja de engranajes robotizada para un vehículo automóvil de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

El documento EP-A-0599511, que constituye la técnica anterior más cercana, divulga un sistema de control de esta clase en el que la selección y el cambio de engranaje se realizan por medio de motores eléctricos y un microcomputador aprende y memoriza las posiciones de los carriles de cambio de engranaje usando información proporcionada por sensores de posición tales como potenciómetros.

El documento EP-A-1104859 divulga un sistema de control para una caja de engranajes robotizada con actuación electro-hidráulica, en el que se usan sensores de carrera para aprender y memorizar posiciones de los pistones de cilindro de actuación que corresponden a los diversos engranajes.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema mejorado de control para una caja de engranajes robotizada.

Este y otros objetos se alcanzan de acuerdo con la invención proporcionando un sistema de control para una caja de engranajes robotizada que tiene las características que se describen en la reivindicación 1 adjunta.

Características y ventajas adicionales de la invención se pondrán de manifiesto a partir de la descripción detallada que viene a continuación, proporcionada puramente a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una vista en perspectiva de una caja de engranajes de un tipo robotizado para un vehículo automóvil, con un sistema de control de acuerdo con la invención;

la figura 2 es un diagrama que muestra la estructura de un sistema de control de la invención asociado con una caja de engranajes de un tipo robotizado; y

la figura 3 es un gráfico que ilustra un ejemplo del patrón de la potencia absorbida por un actuador de caja de engranajes, en función del tiempo t representado en las abscisas.

La descripción que viene a continuación describe una realización de un sistema de acuerdo con la invención para una caja de engranajes de un tipo robotizado, en el que la caja de engranajes es de un tipo mecánico convencional que usa engranajes. Se observará que los conceptos básicos de la invención no están limitados a la implantación en un sistema de control para una caja de engranajes de este tipo sino que también se pueden aplicar para controlar el cambio de modo de conducción en un vehículo automático.

En la figura 1, una caja de engranajes mecánica para un vehículo automóvil (no ilustrado) está indicada generalmente como GS.

La caja de engranajes GS es de un tipo convencional, accionable para cambiar a través de seis engranajes o relaciones de velocidades de avance y una relación para el movimiento de retroceso.

La caja de engranajes GS es un tipo "robotizado". Tiene un dispositivo manual asociado, por ejemplo para controlar la selección y la aplicación/desaplicación de los diversos engranajes, tal como la palanca indicada como L en la figura 1. La palanca L es del tipo conocido como palanca de mando, por ejemplo, y unos transductores de posición están asociados con ella de una manera conocida, para suministrar señales que indican el engranaje o relación de velocidades deseado por el conductor a una unidad electrónica ECU de control (véase la figura 2). En lugar de una única palanca L, otros dispositivos que son conocidos en sí mismos se podrían usar para seleccionar y aplicar/desaplicar las relaciones de velocidades, tal como pares de palancas montadas cerca del volante o botones pulsadores o similares.

La caja de engranajes robotizada podría no tener posiblemente ningún elemento para el control manual de selección y aplicación/desaplicación de engranajes, como es posible que se controlase automáticamente mediante una unidad ECU de control en base a señales suministradas a esta unidad, de una manera que también es conocida, mediante una pluralidad de sensores (no mostrados), comportándose entonces la caja de engranajes robotizada como una caja de engranajes "automática".

La unidad electrónica ECU de control es accionable para controlar la selección y la aplicación/desaplicación de los diversos engranajes por medio de un par de dispositivos electro-mecánicos de actuador de movimiento, indicados como A1 y A2 respectivamente en la figura 2 y controlados mediante circuitos IC de interfaz que son conocidos en sí mismos.

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En la realización ilustrada, los dispositivos A1, A2 de actuador incluyen unos respectivos motores eléctricos M1, M2 de CC, en los que el árbol motor está acoplado a un respectivo engranaje de reducción/convertidor G1, G2, accionable para convertir el movimiento giratorio del árbol motor del motor asociado en un movimiento lineal bidi-
reccional.

Unos respectivos sensores IS1 e IS2 de corriente eléctrica, o sensores amperométricos, y unos sensores TS1 y TS2 están asociados con los motores M1, M2 para contar el número de revoluciones (por unidad de tiempo) y notificar el sentido de rotación de dichos motores eléctricos, o sensores de tacómetro, tales como sensores de efecto Hall por ejemplo, conectados a la unidad electrónica ECU de control.

Los dispositivos A1, A2 de actuador están acoplados a unos correspondientes miembros L1 y L2 de control de palanca por medio de unos respectivos dispositivos T1 y T2 de transmisión. En el ejemplo ilustrado, estos dispositivos de transmisión incluyen cables flexibles tales como cables Bowden.

De una manera conocida de por sí, los miembros L1 y L2 de palanca son trasladables, por medio de sus dispositivos asociados de actuador, a lo largo de líneas de accionamiento que forman un ángulo entre sí, denominadas aquí en lo sucesivo línea de selección y línea de aplicación/desaplicación respectivamente.

En el diagrama dado en la porción inferior de la figura 2, la línea de selección está indicada como S mientras que las líneas (o "planos") de aplicación/desaplicación de las diversas relaciones de velocidades están indicadas como 1, 2, 3 y 4.

En este diagrama, la línea de aplicación/desaplicación indicada con el 1 es la asociada con las relaciones I y II de velocidades, mientras que la línea 2 de aplicación/desaplicación está asociada con las relaciones III y IV de velocidades, la línea 3 está asociada con las relaciones V y VI de velocidades mientras que la línea de aplicación/desaplicación indicada con el 4 está asociada con el retroceso R.

En este diagrama, N indica la posición de punto muerto, que habitualmente se encuentra en la intersección entre la línea S de selección y la línea de aplicación/desaplicación de las relaciones III y IV de velocidades, esto es, la línea indicada con el 2 en la figura 2.

De una manera conocida en sí misma, unos respectivos sensores eléctricos de posición, indicados como PS1 y PS2 en la figura 2, están asociados con las palancas L1 y L2. Estos sensores también están conectados a la unidad electrónica ECU de control.

En funcionamiento normal, la unidad electrónica ECU de control está ajustada para controlar los actuadores A1 y A2 de acuerdo con parámetros predeterminados, como para controlar la disposición selectiva de los miembros L1 y L2 de palanca en las posiciones de funcionamiento que corresponden al engranaje o relación de velocidades que se ha de aplicar.

Unos dispositivos M de memoria, de un tipo conocido en sí mismo, están asociados con la unidad ECU de control. Estos dispositivos podrían estar integrados dentro de la propia unida de control.

Cuando el sistema de control de la invención recibe una señal de control apropiada en una entrada i_{o}, la unidad ECU de control está ajustada para llevar a cabo un proceso para aprender y memorizar las verdaderas posiciones de aplicación de los engranajes o relaciones de una manera que se describirá ahora.

En este proceso de aprendizaje y memorización, la unidad ECU provoca la activación controlada de los dispositivos A1 y A2 de actuador, haciendo por ello que las palancas L1 y L2 de control se muevan de acuerdo con respectivas líneas de funcionamiento mientras que, por medio de los sensores PS1 y PS2 de posición, los sensores IS1, IS2 de corriente y los sensores tacométricos TS1, TS2, detecta y memoriza las verdaderas posiciones de dichas palancas que corresponden con las posiciones nominales de funcionamiento, de acuerdo con un método que se describirá ahora, haciendo esto independientemente de cualesquiera tolerancias y juego en la caja de engranajes con la que está específicamente asociado el sistema de control.

El proceso de aprendizaje y memorización de las verdaderas posiciones de aplicación de las diferentes relaciones de velocidades en la caja de engranajes empieza con la caja de engranajes GS en la posición N de punto muerto.

Al comienzo del proceso, la unidad ECU de control primero adquiere y memoriza la posición N de punto muerto, en base a señales proporcionadas por los sensores PS1, PS2 e IS1, IS2.

Una vez que se ha hecho esto, la unidad ECU de control activa el actuador A1, o actuador de selección, desplazando por ello los miembros L1, L2 de palanca a lo largo de la línea S de selección hasta el final de la carrera para cada selección; después adquiere y memoriza esas posiciones, de nuevo en base a señales suministradas por los antedichos sensores PS1 e IS1.

Las posiciones de final de carrera en particular se pueden determinar en base a datos suministrados por los sensores IS de corriente. En general, cuando las antedichas palancas L1, L2 alcanzan una posición de final de carrera, la corriente consumida por los motores M de los dispositivos A de actuador asociados muestra un aumento súbito y típico, causado por el hecho de que los motores se bloquean.

Una vez que se han adquirido las posiciones de selección de final de carrera así como la del punto puerto N, la unidad ECU de control es capaz de determinar las posiciones a lo largo de la línea S de selección de las líneas o planos 1-4 de aplicación/desaplicación.

En la realización ilustrada con referencia a la figura 2, la posición de la línea 1 de aplicación/desaplicación corresponde esencialmente a un extremo de la carrera de selección, mientras que la posición de la línea 2 de aplicación/desaplicación corresponde esencialmente a la posición de punto muerto. La posición de la línea de aplicación/desaplicación del engranaje R de retroceso corresponde al otro extremo de la carrera de selección.

La unidad electrónica ECU de control puede determinar la posición de la línea 3 de aplicación/desaplicación, que corresponde a los engranajes V y VI, en base a datos que ya han sido memorizados. En la mayoría de las cajas de engranajes, la posición de esta línea 3 de aplicación/desaplicación está a medio camino entre las de las líneas 2 y 4 de aplicación/desaplicación.

La unidad ECU de control también puede funcionar para activar el segundo actuador A2 o actuador de aplicación/desaplicación, en cada intersección de la línea S de selección con cualquier línea 1-4 de aplicación/desaplicación, de una manera tal como para desplazar el miembro L2 de palanca a lo largo de la correspondiente línea 1-4 y adquirir y memorizar las correspondientes posiciones de inicio y finalización de la aplicación de engranaje, que corresponden a los diversos engranajes o relaciones de velocidades. La figura 3 muestra el típico patrón de la corriente consumida por el motor M2 del transductor A2 en la aplicación de un engranaje, en el que el pico de corriente en el instante t_{0} está causado por la corriente requerida para hacer fuerza contra y superar el muelle de estabilizador de posición o marcador de posición que está dispuesto cajas de engranajes mecánicas convencionales. Una vez que se pasa el instante t_{0}, se puede estar seguro de que el engranaje se ha aplicado. Las señales emitidas por los sensores PS2 y TS2 en el instante t_{0} se perciben entonces como que indican la posición de inicio de la aplicación de engranaje. Las señales suministradas por los sensores PS2 y TS2 en el instante t_{i} de la figura 3, por otro lado, se perciben como que indican la posición de final de carrera de la aplicación de engranaje (cuando el motor M2 se bloquea). Verdaderamente, al memorizar las posiciones finales de aplicación de los diversos engranajes o relaciones de velocidades, la unidad ECU de control puede memorizar por adelantado posiciones predeterminadas espaciadas de las antedichas posiciones de final de carrera, impidiendo por ello que el motor M2 del actuador A2 de aplicación asociado se bloquee cada vez que se aplica un engranaje.

El proceso de aprender y memorizar las verdaderas posiciones de aplicación de los engranajes o relaciones de velocidades podría seguir un orden de funcionamiento diferente del descrito anteriormente. Por ejemplo, la unidad ECU se podría ajustar para llevar a cabo el proceso de aprendizaje y memorización como viene a continuación.

La unidad ECU primero adquiere la posición N de punto muerto. Después activa el actuador A1 de selección como para provocar un movimiento a lo largo de la línea S de selección, hacia el engranaje R de retroceso. La unidad ECU entonces determina y memoriza la posición de final de carrera de selección a lo largo de la línea de selección que corresponde al engranaje R de retroceso.

La unidad ECU activa entonces el actuador A2 de aplicación a lo largo de la línea 4 de aplicación/desaplicación, en la dirección que corresponde a la aplicación del engranaje R de retroceso. Durante este movimiento, la corriente consumida por el motor eléctrico M2 aumenta primero con el fin de superar la oposición al desplazamiento de la palanca L2 proporcionada por el dispositivo de muelle de estabilizador de posición asociada. La corriente medida por el sensor IS2 muestra por lo tanto un patrón característico en forma de rodilla, como se muestra, por ejemplo, en el instante t_{0} en la figura 3, tras el cual tiende a disminuir una vez que la liberación del muelle del dispositivo de estabilizador de posición contribuye al movimiento de la palanca L2. Una vez que se ha alcanzado la posición de final de carrera que corresponde a la aplicación del engranaje R de retroceso, la corriente I consumida por el motor M2 aumenta bruscamente y de manera característica, como se muestra en el instante t_{i} de la figura 3. Al detectar este aumento, la unidad ECU registra que la posición de final de carrera que corresponde a la aplicación del engranaje de retroceso ha sido alcanzada y la memoriza, junto con los valores proporcionados por el sensor tacométrico.

Por medio del actuador A1, la unidad ECU vuelve a la posición N de punto muerto, previamente memorizada. Una vez que se alcanza esta posición, la unidad ECU activa el motor M1 del actuador A1 de selector como para desplazar las palancas L1, L2 a lo largo de la línea S de selección hacia la posición de final de carrera opuesta a la que corresponde al engranaje R de retroceso. Una vez que se alcanza esta posición de final de carrera, como se detecta por el brusco aumento de la corriente consumida por el motor M1, la unidad ECU memoriza dicha posición de final de carrera, en base a lo cual puede calcular la magnitud de la carrera de selección.

En dicha posición de final de carrera, la unidad ECU activa el motor M2 del actuador A2 de aplicación/desaplica-
ción, como para desplazar la palanca L2 a lo largo de la línea 1, hacia la posición de aplicación del engranaje I (o del engranaje II) y luego de vuela hacia la posición de final de carrera que corresponde al engranaje II (o al engranaje I).

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La unidad ECU seguidamente reposiciona las palancas en la posición N de punto muerto y, en esta posición, usa el motor M2 del actuador A2 de aplicación/desaplicación para detectar las posiciones de final de carrera a lo largo de la línea 2 de aplicación, que corresponden a las verdaderas posiciones de aplicación de los engranajes III y IV.

Seguidamente, una vez que se han determinado (de la manera descrita anteriormente) la posición de intersección de la línea S de selección y la línea 3 de aplicación, por medio del actuador A2 la unidad ECU determina las posiciones de final de carrera para los engranajes V y VI.

Las posiciones detectadas por los sensores PS y TS se retienen en la memoria M durante toda la actividad subsiguiente con relación al funcionamiento normal de la caja de engranajes robotizada, excepto por pequeños cambios llevados a cabo siguiendo auto-ajustes del sistema como parte de su funcionamiento normal. Durante el funcionamiento normal de la caja de engranajes robotizada, las señales suministradas por los sensores PS y TS para los diversos engranajes se comparan con los valores en la memoria. Si los valores instantáneos de las señales y los almacenados en la memoria difieren en más de un valor predeterminado, se establece en movimiento un ajuste automático para "rastrear" la nueva posición de los engranajes.

Una vez que se conoce la geometría de la configuración de las relaciones de velocidades en la caja de engranajes GS, el sistema descrito anteriormente hace posible crear un "mapa" completo de los engranajes o relaciones de velocidades, sin requerir una calibración o ajuste al final de la línea de montaje de la caja de engranajes.

Si los sensores PS1 y PS2 se montan directamente en la caja de engranajes GS o al final de los cables T1 y T2 de transmisión adyacentes a la caja de engranajes, y si la temperatura del motor térmico asociado es conocida (esta información está disponible habitualmente en la red de comunicaciones de a bordo del vehículo), la unidad ECU se puede usar para implantar diferentes algoritmos que hacen posible corregir derivas térmicas en dichos sensores. Además, usando un sensor TS de temperatura (véase la figura 2), de tipo NTC o PTC por ejemplo, asociado con la unidad electrónica ECU de control, es posible compensar cualquier deriva térmica en cualquier componente electrónico e instalar una protección para dispositivos de potencia.

Naturalmente, permaneciendo inalterado el principio de la invención, las realizaciones y los detalles de fabricación pueden variar ampliamente de los descritos e ilustrado puramente a modo de ejemplo no limitativo, sin salir por ello del alcance de la invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (6)

1. Un sistema de control para una caja de engranajes (GS) de tipo robotizado para un vehículo automóvil, que incluye medios (L1, L2) de control de palanca desplazables a lo largo de al menos una línea (1-4) de trabajo a lo largo de la cual están definidas una pluralidad de posiciones nominales de funcionamiento que corresponden a las relaciones de velocidades o engranajes (I-VI; R) y a una posición (N) de punto muerto, incluyendo el sistema de control:

- medios electro-mecánicos (A1, A2) de actuador de desplazamiento acoplados a dichos medios (L1, L2) de control de palanca y accionables para desplazarlos a lo largo de al menos una línea (1-4) de trabajo,

- medios electrónicos (ECU) de control para controlar el funcionamiento de dichos medios (A1, A2) de actuador de acuerdo con un modo predeterminado, como para provocar que dichos medios (L1, L2) de control de palanca se dispongan selectivamente en una de dichas posiciones de funcionamiento,

- medios (PS1, PS2; IS1, IS2; TS1, TS2) de sensor asociados con dichos medios (L1, L2) de control de palanca y accionables para suministrar a los medios electrónicos (ECU) de control señales que juntas indican que dichos medios (L1, L2) de control de palanca han alcanzado posiciones predeterminadas a lo largo de dicha al menos una línea (1-4) de trabajo, y

- medios (M) de memoria asociados con dichos medios electrónicos (ECU) de control;

siendo accionables los medios electrónicos (ECU) de control, cuando reciben una señal apropiada (i_{0}) de control, para llevar a cabo un proceso de aprendizaje y memorización en el que dichos medios (ECU) de control provocan la activación controlada de dichos medios (A1, A2) de actuador, provocando por ello el desplazamiento controlado de dichos medios (L1, L2) de control de palanca a lo largo de dicha al menos una línea (1-4) de trabajo, y, por medio de dichos medios (PS1, PS2; IS1, IS2; TS1, TS2) de sensor y de acuerdo con un método predeterminado, para detectar y memorizar las verdaderas posiciones de dichos medios (L1, L2) de control de palanca que corresponden a dichas posiciones nominales de funcionamiento;

caracterizado porque los medios de sensor incluyen sensores (IS1, IS2) de corriente para medir la corriente consumida durante el funcionamiento por los medios electro-mecánicos (A1, A2) de actuador de desplazamiento, y porque los medios electrónicos (ECU) de control son accionables para llevar a cabo un proceso para aprender y memorizar las posiciones de inicio y finalización de la aplicación de engranaje para las diversas relaciones de velocidades o engranajes, en base a la corriente consumida por los medios (A1, A2) de actuador según se mide mediante dichos sensores (IS1, IS2) de corriente.

2. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 1, para una caja de engranajes (GS) robotizada, en el que los antedichos medios electro-mecánicos (A1, A2) de actuador de desplazamiento incluyen medios (M1, M2) de motor eléctrico acoplados a dichos medios (L1, L2) de control de palanca, incluyendo los antedichos medios de sensor:

- medios (PS1, PS2) de sensor eléctrico para detectar la posición de dichos medios (L1, L2) de control de palanca, y

- medios de sensor para medir la velocidad de rotación de dichos medios (TS1, TS2) de motor.

3. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, para una caja de engranajes (GS) mecánica de un tipo que usa engranajes, en el que los medios de control de palanca incluyen unas palancas (L1, L2) primera y segunda para la selección y aplicación/desaplicación respectivamente de las relaciones de velocidades o engranajes, asociadas respectivamente con unos actuadores electro-mecánicos (A1, A2) primero y segundo para desplazar las palancas a lo largo de una primera y al menos una segunda línea (S; 1-4) de trabajo respectivamente, siendo éstas una línea (S) de selección un una línea (1-4) de aplicación/desaplicación respectivamente, que forman un ángulo entre sí; siendo accionables los medios (ECU) de control para llevar a cabo dicho proceso de aprendizaje y memorización con la caja de engranajes (GS) comenzando en su posición (N) de punto muerto, comprendiendo este proceso los pasos de:

- adquirir y memorizar la posición (N) de punto muerto en base a señales suministradas por dichos medios (PS1, PS2; IS1, IS2) de sensor,

- activar el actuador (A1) primero o de selección como para desplazar dichos medios (L1, L2) de palanca a lo largo de la línea (S) de selección a cada posición de final de carrera, y adquirir y memorizar estas posiciones,

- determinar, de una manera predeterminada y dependiendo de la distancia entre dicha posición de selección de final de carrera y la posición (N) de punto muerto memorizada, la posición a lo largo de la línea (S) de selección de los planos o líneas de aplicación/desaplicación de las relaciones de velocidades o engranajes, en base a la geometría de la caja de engranajes, y

- activar el segundo actuador, o actuador (A2) de aplicación/desaplicación, comenzando desde cada intersección de la línea (S) de selección con una línea o plano (1-4) de aplicación/desaplicación, como para desplazar el segundo miembro o palanca (L2) a lo largo de la correspondiente línea o plano (1-4) de aplicación/desaplicación y adquirir y memorizar las correspondientes posiciones al inicio y la finalización de la aplicación de la relación de velocidades o engranaje.

4. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dichos medios (PS1, PS2) de sensor de posición están dispuestos cerca de la caja de engranajes (GS), y en el que dichos medios (ECU) de control son accionables para implantar algoritmos para corregir cualquier deriva térmica de dichos medios (PS1, PS2) de sensor debida a variaciones en la temperatura del motor con el que está asociada la caja de engranajes.

5. Un sistema de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que dichos medios electrónicos (ECU) de control tienen medios (TS) de sensor de temperatura asociados y dichos medios (ECU) de control son accionables para compensar cualquier deriva térmica en los componentes electrónicos del sistema.

6. Un sistema de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que, durante el funcionamiento normal de la caja de engranajes robotizada, dichos medios electrónicos (ECU) de control son accionables para actuar algoritmos para rastrear la posición de los engranajes.