CN101517561A - 自动变速器调档点控制系统和使用方法 - Google Patents

Abstract

用于控制机动车辆中自动变速器中换档的自动变速器控制系统，具有与变速器控制单元可操作通信的机动车辆中的自动变速器，该变速器控制单元具有相关的自适应换档逻辑，该自适应换档逻辑用来补偿车辆状况和道路状况的变化，其中所述变速器控制单元向所述自动变速器输出至少一个换档命令，来根据所述自适应换档逻辑控制换档。一种控制方法使用所述自适应换档逻辑来根据补偿车辆状况和道路状况变化的自适应换档点控制所述变速器中的换档。

Description

自动变速器调档点控制系统和使用方法

技术领域

本发明与自动变速器的换档调度(gearshift scheduling)有关。更具体而言，本发明涉及自动变速器中基于所产生的自适应调档点(shift point)的换档控制，其补偿了变化的车辆和道路状况。

背景技术

自动变速器的传统的换档调度是以调档图(shift map)的形式来实现的。调档图是一组表查找函数，该函数根据车辆速度和节气门开度来定义换档点(gearshift point)。因此，使用传统的换档调度定义的每个换档点是车辆速度和节气门开度的函数，并且没有补偿变化的车辆状况(例如变化的车辆载荷和有关的拖曳)，或者诸如道路坡度和曲率的道路状况。然而，希望使用多个输入的组合来动态地产生补偿变化的车辆和道路状况的换档点从而获得最佳的燃料经济性、性能和驾驶性能。

发明内容

通常提供了用于控制机动车辆的自动变速器中换档的自动变速器控制系统，该系统具有与变速器控制单元可操作通信的机动车辆中的自动变速器；和变速器控制单元，该变速器控制单元具有用来补偿车辆状况和道路状况中变化的相关的自适应换档逻辑，其中该变速器控制单元向自动变速器输出至少一个输出命令，以根据自适应换档逻辑控制自动变速器中齿轮的调档。

根据本发明的实施例，一种用于控制自动变速器的方法包括提供由变速器控制单元控制的自动变速器，其中该变速器控制单元具有相关的自适应换档逻辑；和使用该相关的自适应换档逻辑来根据所产生的自适应换档点控制变速器中的换档，所述换档点补偿车辆状况和道路状况中的变化。

附图说明

参考以下描述及附图，可更全面地理解本发明的这些及其他方面，附图中：

图1是根据本发明一个实施例的具有自适应换档逻辑的自适应换档调度系统的系统图；

图2是根据本发明一个实施例的示于图1中的自适应换档逻辑的放大视图；

图3是根据本发明一个实施例的流程图，图示了使用示于图1中的自适应换档调度系统的方法；

图4是根据本发明一个实施例的流程图，图示了示于图3中的与确定自适应换档点有关的子步骤；

图5是根据本发明一个实施例的经济性(economy)调档图的示例；

图6是根据本发明一个实施例的性能调档图；

图7是根据本发明一个实施例的加电(Power-On)修改量查找表；

图8是根据本发明一个实施例的电源关闭(Power-Off)修改量查找表；

图9是根据本发明一个实施例的流程图，图示了自适应换档点修改量的确定步骤；和

图10是使用根据本发明一个实施例的自适应换档调度系统和控制方法产生的自适应调档图。

具体实施方式

总的来说，本发明的系统和控制方法提供了自动变速器的自适应换档调度。根据本发明一个实施例的自适应换档调度系统和控制方法是以最佳换档点为基础的，这些换档点补偿了变化的车辆和道路状况从而获得最佳的燃料经济性、性能和驾驶性能。

使用自适应换档调度系统的控制方法考虑了车辆状况(例如载荷和拖曳)和道路状况(例如坡度和曲率)，从而产生相应的最佳调档点。因此，本发明的系统和方法动态地产生换档点从而补偿并使变速器中齿轮的调档适应当前的车辆和道路状况。

特别地，该发明提供一种用于机动车辆中自动变速器的自适应换档调度系统和产生自适应换档调度的相关控制方法。当前的车辆加速度变化与车辆和道路状况的变化成比例。因此，在车辆和道路状况变化时，可使用车辆加速度的偏差来修改换档点。另外，输入到本发明的系统中的其他信号(例如，制动、节气门打开速率(throttle opening rate)等)可用来使换档调度适应车辆和道路状况的各种变化。

图1图示了用于基于自适应换档点控制机动车辆22中自动变速器中换档的自动变速器控制系统20。该系统20位于汽车22中，该汽车22具有至少两个前轮28和至少两个后轮30，并且包括发动机24，该发动机耦合到与变速器控制单元34可操作通信的变速器26，其中该变速器控制单元34接收多个输入信号并且将该输入信号转换为至少一个或多个换档命令输出信号68，用于将自适应换档控制逻辑产生的自适应换档数据传送到变速器26。

该变速器控制单元34与车辆速度传感器32及其他组件和包括节气门控制系统(节气门控制系统未示出)和制动系统(制动系统未示出)的系统可操作通信并且从其接收信号。

在运行中，发动机24将作为输出的、包括至少一个发动机转矩信号和至少一个发动机转速信号的一个或多个发动机信号64从发动机传送到变速器控制单元34，作为变速器控制单元34的输入。另外，变速器26将作为输出的、包括至少一个变速器输入速度信号和至少一个变速器输出速度信号的一个或多个变速器信号62从变速器传送到变速器控制单元34，作为其输入。另外，至少一个节气门位置信号65从该节气门控制系统输入到变速器控制单元34中。至少一个车辆速度信号60作为来自一个或多个车辆速度传感器32的输出被传送到该变速器控制单元34，作为输入。例如但不限于来自制动系统的制动信号的其它动态信号66也作为输入信号从相应的其他系统传送到该变速器控制单元34中。

一旦传送到变速器控制单元34，包括信号60、62、64、65和66的输入信号就作为输入被传送到设置在变速器控制单元34中的自适应换档逻辑36中。该自适应换档逻辑36使用该输入基于自适应换档图98(示于图10中)产生齿轮命令(gear command)68，该齿轮命令从该变速器控制单元34传送到变速器26。自适应换档逻辑36用来根据补偿车辆状况和道路状况中变化的自适应换档图来控制变速器内的换档。

特定车辆状况的最佳调档图的非限制性示例示于图10中，图示了绘出降档和升档曲线的最佳调档点调档图98，Y轴表示节气门开度的百分比而X轴表示以英里/小时为单位的车辆速度。

图2图示了示于图1中的自适应换档逻辑36的更详细的视图。更具体而言，图2图示了加速度计算逻辑单元40、与该加速度计算逻辑单元40可操作地电通信的控制器38和自适应换档图确定逻辑单元42的系统流程图。

更具体而言，控制器38具有用于处理与加速度有关的输入信号的至少一个卡尔曼滤波器，以便确定相关的当前车辆加速度值。控制器38与加速度计算逻辑单元40协作以使用一组递归方程计算在预定时间采样的当前车辆加速度值，从而计算当前车辆加速度。

换档图确定逻辑42提供经济调档图48、性能调档图50、自适应换档点修改量确定逻辑52、换档点确定逻辑58和车辆加速度偏差逻辑46。

图5图示了示于图2中的经济调档图48的示例的更详细视图。图6图示了示于图2中的性能调档图50的示例的更详细视图。

每个调档图48、50提供表示节气门开度百分比的Y轴和表示车辆速度的X轴。虚线表示与降档对应的调档点曲线而实线表示升档的调档点曲线，正如本领域普通技术人员所理解的那样。

经济调档图48和性能调档图50图示了传统的调档图，每个调档图用来将与相应车辆速度相关的节气门开度映射至换档点，以确定与变速器26中每个齿轮位置有关的升档和降档。

经济调档图48是以对应于燃料经济性的调档调度为基础的，其中通过指定的经济调档点sp_e实现最佳的燃料经济性。该经济调档图定义了多个经济调档点，在该经济调档点发动机是最高效的以实现最佳的燃料经济性。

性能调档图50是以与相应的节气门和速度状况有关的最大功率状况为基础的。该性能调档图定义多个调档点sp_p，每个调档点都在最大功率状况下提供最佳性能。

自适应换档点修改量确定逻辑52用来基于车辆加速度偏差和节气门位置确定换档点修改量β。该换档点修改量确定逻辑52提供一个或多个修改量查找表54、56。该换档点修改量确定逻辑52确定范围从0至1的修改量β的值。

在本发明的一个实施例中，β是从查找表中选择的，所述查找表例如示于图7-8的加电或电源关闭查找表中的一个。加电修改量查找表的示例示于图7中。电源关闭修改量查找表的示例示于图8中。

在示于图7的实施例中，提供了加电修改量查找表54，其中该加电修改量查找表包括每个对应于相关的车辆加速度偏差值的换档点修改量值。

在示于图8的实施例中，提供了电源关闭修改量查找表56，其中该电源关闭修改量查找表包括每个对应于相关的车辆加速度偏差值的换档点修改量值。

提供使用自适应档换档逻辑36的方法，以从至少一个经济调档图48与至少一个性能调档图50的组合产生自适应换档图98，其中该自适应换档图98定义了自适应换档调度。该自适应换档图98是由形成自适应调档曲线的多个最佳或自适应调档点定义的，其中所述多个自适应调档点中的每一个都是由相应的经济调档点和相应的性能换档点计算的。所述相应的经济调档点是从经济调档图中选择的，所述相应的性能调档点是从性能调档图中选择的。到每个调档图48、50中的输入分别包括以节气门开度百分比表示节气门位置的节气门信号、车辆速度和换档数据，并且然后用于在自适应换档点图上产生多个自适应调档点。

总的来说，控制机动车辆中自动变速器的方法包括：提供由变速器控制单元控制的自动变速器，其中该变速器控制单元具有相关的自适应换档逻辑；和使用该相关的自适应换档逻辑以根据补偿车辆状况和道路状况中变化的自适应换档图控制变速器中的换档。

用于特定车辆或道路状况的自适应换档图是由至少一个经济调档图和至少一个性能调档图的组合产生的，其中该自适应换档图定义了自适应换档调度。

定义换档图的自适应调档点的每一个是根据相应的经济调档点和相应的性能换档点计算的，以定义与该自适应换档图有关的自适应调档点。所述经济调档点是从经济调档图中选择的，所述该性能调档点是从性能调档图中选择的。然后根据自适应换档点确定计算通过修改量修改经济调档点和性能调档点的值以确定自适应换档点。

最初，车辆加速度偏差是根据估计的标称车辆加速度和当前车辆加速度之间的差值来计算的。该估计的标称车辆加速度是以车辆速度和预定的标称车辆和道路状况为基础的，比如车辆中有一个乘客(即只有驾驶员)和平坦的道路。当前的车辆加速度是使用控制器计算的。该控制器可以使用任何合适的滤波方法来确定当前的车辆加速度。优选地，卡尔曼滤波器可用于本发明的一个实施例以确定当前的车辆加速度。

一旦确定了估计的标称车辆加速度和当前的车辆加速度值，将加速度偏差设成等于该估计的标称车辆加速度和当前的车辆加速度之间的差值。然后计算的车辆加速度偏差被用来确定换档点修改量的值。该修改量的值可以使用查找表或者使用模糊逻辑来确定。

该换档修改量的值介于0到1之间并包括0和1，并且用来根据换档点确定计算来修改经济换档点和性能换档点。当该修改量的值等于0时，计算的调档点等于相应的经济调档点的值，而当该修改量的值等于1时，计算的调档点等于相应的性能调档点的值。

一旦执行换档点确定计算，确定最佳或者自适应换档点并将其用来产生自适应换档图。该自适应换档图可以根据车辆加速度偏差的变化而动态形成。

大致参考图3，图3提供了使用示于图1中的自适应换档逻辑36的方法70。图3图示了表示调档点逻辑36的操作的流程图的方框图。

最初，与加速度有关的包括发动机转矩、发动机转速、变速器输入速度、当前齿轮信息和变速器输出速度的输入被输入到控制器38中，用于加速度输入的处理。然后该加速度输入被传送到加速度计算逻辑单元40来计算标称车辆加速度估计值α_e和当前车辆加速度值α_c。然后将α_e和α_c的值作为输入传送到换档图确定逻辑42。

工作中，将α_e和α_c的值传送到车辆加速度偏差逻辑单元46中，并且进行车辆加速度偏差计算。

使用调档点逻辑36的方法70包括计算标称车辆加速度估计(72)和计算当前车辆加速度值(74)从而分别产生α_e和α_c。

参考图2-3，加速度计算逻辑40通过基于包括当前发动机转矩和车辆中规定载荷的预定标称状况以及包括平坦道路的预定道路状况估计标称车辆加速度来计算标称车辆加速度估计值α_e(72)。

标称车辆加速度估计计算的一个实施例示于公式1中。

α_e＝(T_e·K_t·GR·FR/R_w-F₀·M_v·g-F₁·v-F₂v²)/M_v    (1)

其中，α_e是估计的标称车辆加速度，T_e是当前发动机转矩，K₁是转矩变换器的当前转矩比，GR是当前齿轮比(gear ratio)，FR是主减速器传动比(final drive ratio)，R_w是车轮半径，v是车辆速度，g是重力加速度，M_v是假设没有额外负载或乘客的标称车辆质量，F₀、F₁和F₂分别是0阶、1阶和2阶车辆阻力系数。

当前车辆加速度计算逻辑40通过将当前车辆速度信号输入输入到逻辑单元40来计算当前车辆加速度(74)。使用卡尔曼滤波器执行当前车辆加速度计算的一个实施例在控制领域是众所周知的。

在本发明的实施例中，卡尔曼滤波器根据下列公式2-5过滤当前的车辆加速度信号输入：

speed(k+1)＝speed(k)+T*α_c(k)+Kgain1*residue      (2)

α_c(k+1)＝α_c(k)+T*jerk(k)+Kgain2*residue         (3)

jerk(k+1)＝jerk(k)+Kgain3*residue                 (4)

residue＝measured speed(k+1)-speed(k)-T*α_c(k)    (5)

其中Kgain1、Kgain2、Kgain3是卡尔曼滤波器增益，其中卡尔曼滤波器增益是根据假设测量过程和传感器的噪声特性的离散卡尔曼滤波器设计确定的，speed(k+1)、acc(k+1)、Jerk(k+1)是在时间k+1处的速度、加速度和jerk(加加速度)的估计，其中jerk等于加速度α_c的变化率，T是取样间隔。

最初，变量k被初始化为0以确定α_c的初始值，其中α_c(1)对于恒定的取样时间T来说等于k＝0时的Kgain2*residue。k＝0时的速度和加速度也初始化为0。公式2-5中公开的计算以递归的方式进行求解，其中最终计算出来的α_c(k)的值用来产生k+1时α_c的最新值。

然后将车辆加速度偏差值Δα输入到换档点修改量确定逻辑52中，以使用该车辆加速度偏差确定换档点修改量的值。

图4更详细地图示了图3中的自适应换档点确定76。该换档图确定方法70通过将α_e和α_c输入到车辆加速度偏差逻辑单元中计算车辆加速度偏差Δα(78)来确定自适应换档点。

参考图2和图4，车辆加速度计算逻辑40根据估计的标称车辆加速度α_e计算当前车辆加速度α_c的偏差Δα，其中Δα等于α_e和α_c的差：Δα＝α_e-α_c。

另外，如图4中82处所示，自适应换档点修改量确定是根据Δα和其他输入信号进行的。

图2中换档点修改量确定逻辑52的一个实施例使用查找表来指定作为加速度偏差Δα和发动机节气门开度或位置th的函数的β值，其表述在公式6中。

β＝f(Δa，th)        (6)

图9图示了流程图88，表示确定图4中82处的自适应换档点修改量β的方法。图9更详细地图示了使用换档点修改量确定逻辑单元确定β，如图3中84所示。流程图88提供了确定节气门位置(TPS)状态的初始状态确定90。修改量β根据TPS变化。

在本发明的一个实施例中，β是从查找表中选择的，所述查找表例如示于图7-8中的加电或电源关闭查找表中的一个。

如果节气门位置大于0，那么β从加电查找表(94)中选择。如果节气门位置等于0，那么β从电源关闭查找表(92)中选择。然后每当节气门位置改变阈值位置时，则重复状态确定90。

在本发明的另一个实施例中，可以使用换档点修改量确定(82)中的模糊逻辑来确定β。模糊逻辑可用作先进控制策略，作为使用智能型推理(human type reasoning)动态确定β的对控制系统进行编程的方法。

模糊逻辑是将加速度偏差Δα输入映射到输出调档点修改量β的方法。

模糊逻辑能容忍不精确的数据和非线性。在0和1之间变化的隶属函数可被用来定义如何将每个输入映射到隶属值。隶属函数可以是任意曲线，其形状定义了如何将输入空间中的每个点映射到0和1之间的隶属值或隶属度。然后该映射提供做出决定的基础。因为决定是基于对规则的测试的，所以这些规则必须以某些方式组合，从而得到输出，其方法是本领域中已知的。

如果需要，也可以使用隶属函数以类似方式来映射其他输入，例如制动信号、节气门速率等等。

参考图2和4，一旦将输入输入到换档点确定逻辑58，就可确定最佳或自适应换档点sp(86)。经济调档点sp_e是从经济调档图48中选择的(80)，性能调档点sp_p是从性能调档图50中选择的(84)，换档点修改量β是使用换档点修改量确定(82)选择的。

然后将值sp_e、sp_p和β输入到换档点确定逻辑58来确定自适应调档点sp，其中sp是利用公式7计算的(86)。

sp＝sp_e·(1-β)+sp_p·β    (7)

其中当β＝0时，sp＝sp_e，当β＝1时，sp＝sp_p，并且当β取0和1之间的值时，sp在sp_e和sp_p之间变化并且包括sp_e和sp_p。根据当前齿轮位置对升档和降档点进行计算。在示例性确定中，通过线性插值确定0和1之间的β值；然而，可使用其他技术来提供β的最终值。一旦完成如图3-4中所示的换档点确定(76)，那么就可使用自适应换档图逻辑52产生自适应调档图(102)。该自适应调档图是根据与特定的车辆和道路状况对应的多个最佳调档点产生或确定的(102)。在每个取样时间T期间产生每个自适应调档点和相关的调档图。

该自适应调档图是根据示于图3-4的方法确定的，并且用来根据最佳的自适应换档点来最佳地调度变速器26中的换档。

虽然已经参考某些优选实施例描述了本发明，但是应理解在所描述的创造性概念的本质和范围内可以进行许多变化。因此，本发明不打算受限于所公开的实施例，相反具有由下列权利要求书的语言文字所允许的全部范围。

Claims (19)

1.用于控制机动车辆中自动变速器的方法，包括：

提供由变速器控制单元控制的自动变速器，其中该变速器控制单元具有相关的自适应换档逻辑；和

使用所述相关的自适应换档逻辑来根据补偿车辆状况和道路状况中变化的自适应换档点控制变速器中的换档。

2.如权利要求1所述的方法，包括：

基于自适应换档点产生自适应换档图，其中该自适应换档图定义自适应换档调度。

3.如权利要求2所述的方法，包括：

根据相应的经济调档点和相应的性能换档点计算多个自适应调档点中的每一个。

4.如权利要求3所述的方法，包括：

从经济调档图中选择相应的经济调档点。

5.如权利要求3所述的方法，包括：

从性能调档图中选择相应的性能调档点。

6.如权利要求1所述的方法，包括：

基于估计的标称车辆加速度α_e和当前车辆加速度α_c之间的差值来计算车辆加速度偏差Δα。

7.如权利要求6所述的方法，还包括：

基于车辆速度以及预定的标称车辆和道路状况确定估计的标称车辆加速度α_e；和使用控制器确定当前车辆加速度α_c。

8.如权利要求7所述的方法，还包括：

定义标称道路状况为平坦的道路。

9.如权利要求7所述的方法，还包括：

使用卡尔曼滤波器来确定当前的车辆加速度。

10.如权利要求6所述的方法，还包括：

使用该计算的车辆加速度偏差来确定换档点修改量值。

11.如权利要求6所述的方法，还包括：

确定换档点修改量值β以基于经济换档点和性能换档点产生自适应调档点，其中该换档点修改量值介于0和1之间并且包括0和1。

12.如权利要求11所述的方法，还包括：

从加电或电源关闭查找表中选择所述换档点修改量，其中每个查找表是作为所述加速度偏差和节气门位置的函数生成的。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述换档点修改量是使用模糊逻辑确定的。

14.如权利要求1所述的方法，包括：

提供换档点确定逻辑来计算自适应调档图中多个自适应调档点中的每一个。

15.如权利要求14所述的方法，包括：

将换档点修改量(β)、经济调档点(sp_e)和性能调档点(sp_p)输入到所述换档点确定逻辑中从而确定相关的自适应调档点(sp)。

16.如权利要求14所述的方法，包括：

根据下列公式计算自适应换档点：sp＝sp_e·(1-β)+sp_p·β。

17.控制自动变速器的方法，包括：

提供具有变速器控制单元的自动变速器，其中该变速器控制单元具有相关的自适应换档逻辑；

使用该自适应换档逻辑产生定义自适应换档调度的自适应换档图；和产生换档命令来根据所述自适应换档调度控制自动变速器中的换档。

18.如权利要求17所述的方法，还包括：

动态地产生所述自适应换档图以补偿变化的车辆和道路状况。

19.用于控制机动车辆中自动变速器中换档的自动变速器控制系统，包括：

机动车辆中的自动变速器，其与变速器控制单元可操作通信；和

变速器控制单元，具有相关的自适应换档逻辑，该自适应换档逻辑用来补偿车辆状况和道路状况的变化，其中所述变速器控制单元向所述自动变速器输出至少一个换档命令，以根据所述自适应换档逻辑调度所述自动变速器中的换档。

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