专利名称：用于防止罐式车的罐箱中的流体涌动的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在运输过程中防止罐式车的罐箱中的流体涌动的方法。所述罐式车具有驱动系(drive train)，该驱动系包括内燃发动机、离合器装置、以及自动变速器或手自一体变速器。
背景技术：
众所周知，在运输过程中，罐式车的部分装填的罐箱中的流体会在罐箱内涌动。罐箱中的这种涌动会影响车辆的行驶性能。例如在加速、减速期间以及在不良路况(例如凸凹不平的道路)下的运输过程中，由于流体的惯性反作用，可能会发生车辆的低频振荡。由于这些纵向振荡相应地促进或阻滞了所需的加速或减速，所以车辆的加速、减速和运输就变得不平稳。车辆的这些纵向振荡使车辆驾驶员感到极其不舒服，并且从安全性的角度来看，也不希望出现这种情况。已存在多种用于解决罐箱中的涌动以及车辆的低频纵向振荡问题的公知方案。最常见的一种方案是在罐箱中置入某种防涌动装置。这种防涌动装置通常应该将罐箱的容积划分成多个更小的部分，从而减少流体的移动。已存在若干种不同形式的防涌动装置，例如在TO 8701101中，提出了一种能够装配在罐箱内部的Ω状抗涌动元件。像这样的防涌动装置存在多种问题。首先，它们无法防止发生车辆的低频纵向振荡。这些方案只能减弱这种振荡。其次，这些方案的材料用量都相当高，并导致车辆更重且占据重要的运输空间。第三，罐箱中的额外结构使得罐箱更难以清洗，这对用于供应的罐箱来说尤其成问题。在DE 10 2005 021 415中，提出了一种减弱罐式车的纵向振荡的方法，其中，这些振荡是由罐式车的罐箱中的流体引起的。该方法利用了如下的实现原理与由流体引起的振荡形成反作用的振荡能够对由流体引起的、不希望的车辆振荡进行抵消。
发明内容
本发明利用了如下的实现原理防止罐箱中的涌动将会提高罐式车的安全性。对于已知的方法来说，上述不希望的车辆振荡必然会在它们被抵消之前产生，这意味着罐式车仍会在一段时间内受到低频纵向振荡。因此，本发明的一个目的是提出如下一种方法，该方法防止发生由于部分装填的罐箱中的涌动而引起的、罐式车的低频纵向振荡。本发明的另一目的是提出一种用于对这种罐式车的驱动系进行控制的装置。本发明涉及一种用于防止罐式车的罐箱中的流体涌动的方法，该罐式车具有用于运输流体的罐箱。该驱动系包括内燃发动机、离合器装置、以及自动变速器或手自一体变速器。此外，该驱动系由电子控制单元控制，该电子控制单元被设置成接收来自检测装置和感测装置的输入数据，该检测装置用于检测罐箱驱动模式，而该感测装置用于感测车辆的负载状态。本发明方法包括如下步骤
-检测罐箱驱动模式；_计算起动档位；以及-限制所述离合器装置的扭矩梯度。用于检测罐箱驱动模式的检测装置例如可以是由驾驶员控制的手动装置，例如位于罐式车的驾驶室中的按钮、臂杆或任何其它种类的开关。当罐式车在带有部分装填的罐箱的情况下行驶时，驾驶员通过该开关来激活罐箱驱动模式。可能的检测装置的另一示例可以是传感器，该传感器检测罐箱负载是否已连接至运输车，并且优选还检测该罐箱是否被部分装填。当检测到罐箱负载、即罐箱驱动模式时，感测装置将输入数据发送至ECU。用于检测罐箱驱动模式的检测装置也可以是ECU，当检测到预定的车辆行为时，该ECU激活罐箱驱动模式。用于检测罐箱驱动模式的上述不同的检测装置可以相互组合。所述自动变速器可以是分步换档的行星齿轮式变速器。所述手自一体变速器(AMT)是具有副轴布置的、 分步换档的变速器。根据罐式车数据(例如驱动系特性和该罐式车的质量)以及从感测装置收集到的数据来计算该罐式车的起动档位。其目的是找到如下一种起动档位该起动档位尽可能高， 但仍能提供足够的扭矩来起动该罐式车。这样，将能实现罐式车的平稳起动。通常，这将使得起动档位比在带有相同固体负载的情况下起动时高一个档位。例如，12速、40吨的货车通常以二档起动。而在激活了罐箱驱动模式的情况下，该同一货车将从三档起动。为了更便于罐式车的平稳起动以及还便于平稳换档，对离合器装置的扭矩梯度进行限制。该离合器装置可以是符合作为驱动系中的可脱离/可接合扭矩传递元件之目的的、任何类型的摩擦离合器或扭矩变换器。由于扭矩梯度受限，该离合器装置将脱离和接合得更慢，因此在其脱离和接合期间将包括更长的滑动时段。由此，将实现从静止位置起动该罐式车的更平稳过渡，并且将在换档期间实现不同档位之间的更平稳过渡。在本发明的又一实施例中，在所述检测罐箱驱动模式的步骤之后但在计算起动档位之前，本发明的方法还可包括如下步骤-感测所述罐式车的负载状态。当E⑶从检测装置接收到表示“存在罐箱负载”的输入数据时，E⑶唤醒用于感测该罐式车的负载状态的感测装置，且ECU接收来自该感测装置的输入数据。替代地，该感测装置还可以具有作为检测装置的功能。该感测装置例如可以是罐箱中的传感器，且所述传感器能够识别负载、装填水平，优选还能识别其它流体特性。这些传感器可以是压力传感器、和/或流体存在传感器、和/或装填水平传感器、和/或粘度传感器、和/或能够感测所需数据的其他传感器。可替代地，该感测装置可以是信息装置，其中，操作人员手动指定或自动地指定所述负载数据，例如装填水平、和/或密度、和/或粘度、和/或其它任何相关数据。例如，可通过键盘、触摸屏等来进行数据的上述手动指定，并且例如，所述信息装置中的半自动或自动指定可通过条形码扫描等来进行，或将其传输至所述装置。也可以将装置与传感器相组合。本发明方法的实施例提出了一种用于对罐式车的驱动系进行控制的罐箱驱动模式。该方法将在起动和行驶期间，最小化甚至完全消除导致罐式车的低频纵向振荡的、罐箱中流体的危险涌动。由于本发明的方法，明显提高了罐式车驾驶员以及相关的道路使用者的安全性。此外，由于减少了对于罐箱中的抗涌动元件的需求，所以简化了罐箱的清洗。
在本发明方法的又一实施例中，提出了以下附加步骤-限制所述发动机的扭矩梯度；和/或-减小在车辆加速过程中的换档速度；和/或-禁用强制降档功能。由于发动机的扭矩梯度受到限制，所以驾驶员的突然、快速和/或大的所需扭矩差不会造成相应的发动机扭矩增大或减小。而是，ECU将以如下方式来控制发动机扭矩: 即，使发动机扭矩缓慢地增大和减小，直至达到来自驾驶员或巡航控制器的所需扭矩。结果，加速或减速将更为平缓，这使得罐箱中的涌动更少。所提出的变速器控制方法减小了罐式车在车辆加速期间的换档速度，通过该变速器控制方法将能实现更平稳的换档。与该货车在带有固体负载的情况下行驶相比，将更早地执行换档。该“更早”是指在更低的发动机转速下换档，其结果是在罐式车的更低速度下换档。例如对于12速、40吨的货车，在三档位级换档时具有1900rpm的换档发动机转速，在二档位级换档时具有1700rpm的换档发动机转速，而在一档位级换档时具有1550rpm的换档发动机转速。在激活了罐箱驱动模式的情况下，该同一货车将避免三档位级换档，并在二档位级换档时具有1600rpm的换档速度， 在一档位级换档时具有1450rpm的换档速度。还提出了第三种措施，该措施禁用“强制降档”功能。这是因为“强制降档”功能致使扭矩快速变化，这违背了本发明的精神。所提出的附加步骤彼此独立。因此，在罐箱驱动模式中，可以包括这些附加步骤之一或包括这些附加步骤的任意组合。如果通过感测装置不能获知负载的质量，则必须由ECU来进行负载质量的计算。 用于在起动期间计算负载质量的已知方法是基于加速度与驱动力之间的关系或者基于加速度、车辆速度以及节气门开度之间的关系。这种方法在固定的、通常较短的时间段内从发动机和驱动系收集数据。由于流体的惯性反作用，如果这种方法在计算过程中未将流体的惯性反作用包括在内，则此方法将发生错误。还提出了一种用于在车辆起动期间计算罐式车质量的改进方法。该改进方法提出了 除了发动机数据与驱动系数据之间的关系以及车辆加速度和/或速度和/或节气门开度之间的关系以外，还对流体的惯性反作用进行补偿。这可以是用于搜集计算用数据的、更长的感测时段，并且该更长的感测时段允许对流体的惯性反作用进行补偿。本发明方法的扩展包括用于在减速期间减少涌动发生的措施。该扩展的方法包括如下步骤-限制由罐式车的辅助制动系统产生的制动梯度；和/或-减小该罐式车在减速期间的换档速度；和/或-避免高的发动机转速；和/或-禁用制动模式。通过减小罐式车的辅助制动系统的制动梯度，将能实现制动器的更平稳的接合， 并且将降低由于制动而引起的、罐箱中产生涌动的风险。该辅助制动系统例如是减速器、排气制动系统或发动机制动系统(发动机压缩制动器)。由于安全性原因，不推荐对主制动系统(行车制动器)进行限制。减小该罐式车在减速期间的换档速度将导致更平稳的换档， 也就是说，将比一般情况下更晚地执行换档，以便减小离合器装置打开和闭合时的扭矩差。 通过避免高的发动机转速，将会降低驱动系遭受急剧扭矩变化的风险，并减少罐箱中的涌动的风险。在本发明的可替代实施例中，可阻止激活专用的自动制动程序，以便限制罐箱中的涌动的风险。当这种专用的自动制动程序被激活时，通常可将该自动制动程序布置成通过使用高的发动机转速来最大化发动机制动，即，变速器以尽可能多的档位级进行降档。尽管本发明的方法旨在使由于罐箱中的涌动而引起的纵向振荡的发生减到最小， 但由于其它情形也可能产生这种振荡，因此，作为替代方案，建议本发明的方法包括如下步骤-检测该罐式车中的、由于罐箱中的流体而引起的低频纵向振荡；以及-计算扭矩的下一次变化的时刻和强度，其条件是该扭矩的下一次变化应抵消该罐式车的低频纵向振荡。可在驱动系中进行该罐式车的低频纵向振荡的检测。在当今的车辆中，驱动系中存在多个传感器以监测该驱动系的行为。例如，这些传感器存在于发动机、变速器、差速器和/或车轮中。而且，也可在来自这些传感器的信息中跟踪该罐式车的低频纵向振荡。罐式车的低频纵向振荡将会影响驱动系，从而驱动系也呈现出这种低频振荡。驱动系中的由于罐箱中的涌动而引起的低频振荡可以与驱动系中的例如由发动机或变速器引起的其它振荡区分开，因为这些其他振荡表现出高得多的频率。由此，可在E⑶中分析来自这些传感器的信息，并且当发现由于罐箱中的流体引起的低频振荡时，ECU计算扭矩的下一次变化的时刻和强度，以使此变化抵消驱动系中的低频振荡。这样的抵消与罐箱驱动模式的条件相抵触。因此，ECU能在罐式车的低频纵向振荡的情况下克服上述条件，从而能够抵消低频振荡。例如，可允许离合器装置的突然而急剧的脱离或接合。在可替代实施例中，所述多个可利用的传感器可用于比较发动机输出扭矩和车辆加速度。如果罐箱中的流体发生移动，则发动机扭矩和车辆加速度将不协调。这可用于检测罐箱中的涌动流体。为了进一步改进本发明的方法，建议本方法包括如下步骤-将检测和计算出的数据存储在存储装置中；以及-当罐箱状况未变时，电子控制单元访问所述存储装置中的数据，而不检测和/或计算新的数据；以及-当已经检测到新的数据时，更新所述存储装置中的现有数据；以及-当检测到的数据已经发生变化时，重新计算用于罐箱驱动模式的数据。根据本发明方法中提出的步骤，把检测和计算出的数据存储在存储装置(例如 RAM)中，而且电子控制单元能随时访问这些数据，以写入新的数据或读取所保存的数据。只要罐箱状况未变，就优选使用来自该存储装置的数据。当已经检测到新的数据时，该新的数据将取代存储装置中的先前数据，并且基于该新的数据来计算罐箱驱动模式数据(例如起动档位和换档模式)，由此将重新计算出的数据存储在所述存储装置中。在本发明方法的一种变型中，自动检测所述罐箱的入口或出口。有利的是，通过感测装置来检测所述罐箱中的装填量或从所述罐箱的排出量。这样，ECU将始终感测罐箱中的流体量是否已改变并因此必须重新计算新的数值，例如起动档位和换档模式。对于在多个站点装填和/或卸空的罐式车来说，这尤其是一个优选特征。此类罐式车可以是用于运输牛奶或私宅供暖用油的罐式车。这些货车可装配有上述检测/感测装置，且这些检测/感测装置然后可连接至ECU以传输检测到的值。
下面，将参照附图中所示的示例性实施例来更详细地描述本发明，在附图中图1是本发明装置的一个实施例的示意图。图2示出了本发明装置的第二实施例的示意图。图3示出了本发明方法的流程图。
具体实施例方式在图1中，示出了根据本发明的罐式车1的示意图。罐式车1内包括驱动系，该驱动系具有发动机2、离合器装置3、变速器4、差速器5以及两个车轮6。该驱动系由电子控制单元ECU控制。根据本发明，该ECU接收来自驾驶室中的罐箱驱动模式(TDM)检测单元 7的信号。为了收集罐箱负载状态的数据，该ECU使用了感测装置8，该感测装置8是能对罐箱10进行感测的传感器9。当驾驶员将TDM检测单元7置于“ON”位置时，表示“TDM已激活”的信号被发送给 ECU。然后，该ECU从传感器9收集相关数据。利用所收集到的数据和已知的驱动系数据， 该ECU计算TDM数据，例如起动档位、离合器装置3及发动机2的受限扭矩梯度。此外，该驱动系中还存在多个传感器11。传感器11监测该驱动系，且在该驱动系中，通过这些传感器11来检测低频振荡。图2示出了罐式车1的第二示意图，其中，与图1中的相同部件相对应的部件具有相同的附图标记。图2中的实施例设置有感测装置8，该感测装置8包括手动装置9'和传感器装置9"。在手动装置9'中，操作人员能够指定所述罐箱10中的流体的特性，例如密度、粘度等。传感器装置9"能够感测罐箱10中的流体存在与否，优选还能够感测该罐箱 10的装填水平。传感器装置9"也可以用作检测装置7'，以将表示“罐箱10中存在流体且该罐箱仅被部分装填”的信号发送至E⑶。然后，该E⑶启动TDM。在图3的流程图中，本发明方法被示出为用在图1或图2的罐式车1中。该方法开始于利用来自检测装置7的激活信号21来激活被动TDM 23。随着该TDM被激活，ECU 开始经由负载输入信号22收集来自感测装置8的负载信息20。所收集到的与负载有关的信息20被保存(41)在存储装置RAM 24中。如果存储装置24中已存在先前的负载数据， 则新的负载数据将取代原有的负载数据。在收集该负载数据之后，ECU将计算TDM数据。如果负载数据是一致的，则ECU可以从存储装置24中读取(43)现有的负载数据。在流程图框30、31、32、33、34、35和36中进行TDM数据的计算。当计算完所有数据时，该罐式车准备起动并在罐箱驱动模式40下受到驱动。而且，所计算出的TDM数据也保存(42)在存储装置24中。只要负载数据是一致的，E⑶就可读取(44)所保存的TDM数据24。最核心的TDM方法由以流程图标号20、21、22、23、30、31和40表示的步骤组成。 方法步骤32、33、34、35、36、37、38是任选的，且本方法中可以包括这些任选的方法步骤32、 33、34、35、36、37、38 中的一个或多个。必不可少的方法步骤30涉及计算起动档位。必不可少的方法步骤31涉及限制离合器装置的扭矩梯度。任选的方法步骤32涉及限制发动机的扭矩梯度。任选的方法步骤33涉及减小该罐式车在加速期间的换档速度。
任选的方法步骤34涉及禁用强制降档功能。任选的方法步骤35涉及限制辅助制动系统的制动梯度。任选的方法步骤36涉及减小该罐式车在减速期间的换档速度。任选的方法步骤37涉及在罐式车的起动期间、在一段延长的时间内检测(37') 用于该罐式车的质量计算37的数据，并在质量计算37的过程中将流体的惯性反作用考虑在内。任选的方法步骤38和39涉及检测(38)该罐式车的由于罐箱中的涌动而引起的低频纵向振荡；以及将表示“检测到振荡”的信号发送给ECU。然后，ECU计算(39)该驱动系中的扭矩的下一次变化的时刻和强度，以抵消该罐式车的低频纵向振荡。本发明的方法中可以不包括上述任选方法中的任一个，或者可以包括上述任选方法中的一个或多个。本发明的可替代实施例中，所述激活信号21可以是ECU比较发动机输出扭矩和车辆加速度的结果。如果罐箱中的流体发生涌动，则发动机扭矩和车辆加速度将不协调。由此，如果ECU检测到发动机扭矩和车辆加速度已经不协调，则所述ECU可编程为生成所述激活信号21，且本发明的流程将如上文结合图3描述的那样继续进行。
权利要求
1.一种用于在运输期间防止罐式车(1)的罐箱(10)中的流体涌动的方法，所述罐式车 (1)具有驱动系，所述驱动系包括内燃发动机O)、离合器装置(3)、以及自动变速器或手自一体变速器G)，且所述驱动系由电子控制单元(ECU)控制，所述电子控制单元被设置成接收来自检测装置(7)和感测装置⑶的输入数据，所述检测装置(7)用于检测罐箱驱动模式(TDM)，而所述感测装置(8)用于感测所述罐式车(1)的负载状态，其特征在于，所述方法包括如下步骤-检测罐箱驱动模式(TDM) (20)；-计算起动档位(30)；以及-限制所述离合器装置的扭矩梯度(31)。
2.根据前一权利要求所述的方法，在所述检测罐箱驱动模式的步骤之后但在计算起动档位之前，还包括如下步骤-感测所述罐式车的负载状态03)。
3.根据前一权利要求所述的方法，还包括如下步骤 -限制所述发动机的扭矩梯度(3 ；和/或-减小在加速过程中的换档速度(3 ；和/或 -禁用强制降档(KD)功能(34)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法， 其特征在于，所述罐箱驱动模式(TDM)由手动装置(7)检测，所述手动装置(7)由驾驶员操作，和/ 或由位于所述罐箱(10)中或与所述罐箱(10)相连的传感器装置(9)操作。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法， 其特征在于，所述电子控制单元(ECU)接收来自所述感测装置⑶的负载数据(22)，且所述起动档位的计算(30)依赖于所接收到的负载数据(22)，所述负载数据包括所述罐箱的装填水平；和/或所述流体的密度；和/或所述流体的粘度；和/或所述罐式车(1)的质量。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法， 其特征在于，所述方法还包括如下步骤-在所述罐式车的起动期间、在一段延长的时间内检测用于所述罐式车的质量计算 (37)的数据(37');以及-在所述质量计算(37)的过程中将所述流体的惯性反作用考虑在内。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法， 其特征在于，所述方法还包括如下步骤-限制所述罐式车的辅助制动系统的制动梯度(35)；和/或 -减小所述罐式车在减速期间的换档速度(36)；和/或 -避免高的发动机转速；和/或 -禁用制动模式。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法， 其特征在于，所述方法还包括如下步骤-检测所述驱动系中的、由于所述罐箱中的流体而引起的低频纵向振荡(38)；以及 -计算发动机扭矩的下一次变化的时刻和强度(39)，其条件是该扭矩的下一次变化应抵消所述驱动系中的低频纵向振荡。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括如下步骤-把检测和计算出的数据存储在存储装置(RAM)中(41、42)；以及 -当罐箱状况未变时，所述电子控制单元(ECU)访问所述存储装置(RAM)中的数据，而不检测和/或计算新的数据(41、44)；以及-当已经检测到新的数据时，更新所述存储装置中的现有数据；以及 -当检测到的数据已经变化时，重新计算“罐箱驱动模式”数据。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法， 其特征在于，所述方法还包括如下步骤_检测所述罐箱的入口或出口(22)；和/或-检测所述罐箱中的装填量或从所述罐箱的排出量(22)。
11.一种用于对罐式车(1)进行监测的装置，所述罐式车(1)包括电子控制单元(ECU) 和用于运输流体的罐箱(10)，所述电子控制单元布置成用于监测所述罐式车(1)的过程， 并且所述电子控制单元被设置成接收来自检测装置(7、7')和感测装置(8)的输入数据， 所述检测装置(7、7')用于检测罐箱驱动模式(TDM)，而所述感测装置(8)用于感测所述罐式车(1)的负载状态，其特征在于，用于检测罐箱驱动模式(TDM)的所述检测装置(7)包括所述罐箱(10)中的传感器 (7')；和/或指令单元(7)；和/或布置成用于在检测到预定的车辆行为时激活所述罐箱驱动模式(TDM)的ECU，在所述指令单元(7)处，驾驶员能激活所述罐箱驱动模式(TDM)。
12.根据权利要求11所述的装置， 其特征在于，所述感测装置(8)包括位于所述罐箱(10)、罐箱入口和/或罐箱出口中的传感器 (9)；以及代替所述传感器(9)或与所述传感器(9)相结合的输入单元(9')，在所述输入单元(9')中，操作人员能指定所述罐箱(10)的内容物的特性。
13.根据权利要求11所述的装置， 其特征在于，所述电子控制单元(EOT)连接至存储装置(RAM)，负载数据能存储在所述存储装置 (RAM)中(41)，且计算出的数据也能存储在所述存储装置(RAM)中(42)。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的装置， 其特征在于，-用于检测所述罐箱中的入口的装置布置在所述罐箱入口；和/或 -用于检测所述罐箱中的出口的装置布置在所述罐箱出口；和/或 -用于检测所述罐箱的装入量的装置布置在所述罐箱入口 ；和/或 -用于检测所述罐箱的排出量的装置布置在所述罐箱出口。
15. 一种罐式车，其包括根据权利要求11至14中的任一项所述的装置。
全文摘要
一种用于在运输期间防止罐式车(1)的罐箱(10)中的流体涌动的方法和装置，所述罐式车(1)具有驱动系，该驱动系包括内燃发动机(2)、离合器装置(3)、以及自动或手自一体变速装置(4)，且所述驱动系由电子控制单元(ECU)控制，所述电子控制单元被设置成接收来自检测装置(7)和感测装置(8)的输入数据，该检测装置(7)用于检测罐箱驱动模式(TDM)，而该感测装置(8)用于感测所述罐式车(1)的负载状态。所述方法包括如下步骤检测罐箱驱动模式(20)；计算起动档位(30)；以及限制所述离合器装置的扭矩梯度(31)。
文档编号F16H61/02GK102209659SQ200880131913
公开日2011年10月5日 申请日期2008年11月10日 优先权日2008年11月10日
发明者安德斯·埃里克松, 约翰·比耶内顿 申请人:沃尔沃拉斯特瓦格纳公司