CN102549309B - 用于变速箱的控制的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于变速箱的控制的系统，包括至少一个适于控制机动车辆中所述变速箱的控制单元，该机动车辆包括连接至所述变速箱从而驱动所述变速箱的发动机，该系统适于对接收到指示作出响应，为所述变速箱选择一个档位，该档位在所述变速箱的各种可能的档位之中并且能够使所述发动机在比使用所述各种可能的档位中的任意其它档位更短的时间内实现期望转速ω_KD。本发明还涉及一种方法、一种机动车辆、一种计算机程序及其计算机程序产品。

Description

用于变速箱的控制的系统

技术领域

本发明涉及一种用于变速箱的控制的系统。特别地，本发明还涉及一种系统、一种机动车辆、一种计算机程序及其计算机程序产品。

背景技术

图1示意性地显示了机动车辆1如客车或重型车辆例如卡车或公共机动车辆的动力传动系的一部分。动力传动系包括发动机10，发动机10由轴经由离合器装置40通过机械方式连接至变速箱20的第一端。变速箱20还在其另一端由传动轴50通过机械方式连接至与后桥相连的差速齿轮30。后车轴包括驱动车辆的动力轮(未显示在图形中)的各自的左和右驱动轴60。

使用该众所周知的配置，发动机10的机械功经由各种传动设备(例如离合器装置40、变速箱20、传动轴50、差速齿轮30和驱动轴60)传递至动力轮从而移动车辆1。动力传动系中的一个重要装置是变速箱20，它具有若干前进档用于向前移动车辆1，并且通常还包括一个或多个倒车档。前进档的数量会改变但是现代类型的卡车通常设置有十二个前进档。

变速箱20可以为手动或自动类型(自动变速箱)，而且可以为电控机械式自动变速箱类型(电控机械式自动变速器，AMT)。自动变速箱和电控机械式自动变速箱是通常由控制单元110(有时也称为电子控制单元，ECU)控制的自动变速箱系统，控制单元110适于例如在档位变换期间如当在具有特定行驶阻力的特定车辆速度下选择档位时控制变速箱20。ECU可以测量发动机转速和变速箱20的状态并且利用连接至压缩空气装置的螺线管操纵阀控制变速箱。关于发动机10的信息例如其转速和扭矩也从发动机10发送至ECU，例如经由CAN(控制器局域网)总线。

在传统档位变换系统中，控制单元110使用也被称为换挡点的表列的发动机转速极限，它们表示在其上应该在变速箱20中实现换低档或换高档即车辆1在其发动机10的转速经过由换档点表示的转速时变换档位时的发动机转速。换挡点因此可以解释为不仅提供关于何时应该发生换低档或换高档的信息，而且提供关于将在每个换低档或换高档处实现的档位数量的信息。每个换档点通常包括一至三个档位，但是更多的档位也是可能的。

图2示意性地显示了由曲线图中的线SP1－SP6表示的各个表列换挡点的实例，其中x轴表示发动机扭矩并且y轴表示以每分钟转数(rpm)为单位的发动机10的转速。只要发动机转速在换挡线SP1与SP4之间，就不会发生档位变换，但是如果它升高到SP1－SP3中的一条换高档线之上，则启动换高档，并且相反地，如果发动机转速下降到SP4－SP6中的一条换低档线之下，则启动换低档。下面的表1显示了用于线SP1－SP6中的每一条的多个向上或向下档位。例如，如果发动机转速升高到线SP1上方则需要换高档一个档位，并且如果发动机转速下降低于线SP5则换低档两个档位。

SP1	用于换高档1个档位的发动机转速
		SP2	用于换高档2个档位的发动机转速
SP3	用于换高档3个档位的发动机转速
		SP4	用于换低档1个档位的发动机转速
SP5	用于换低档2个档位的发动机转速
		SP6	用于换低档3个档位的发动机转速

表1：换低档和换高档线SP1－SP6

除了其它因素之外，换档点的选择影响车辆1的行驶特性、加速度、舒适性和燃料消耗，这样换挡点就必须由车辆制造商精确地校准。该校准涉及在不同的驾驶情况下在野外试验的各种换挡策略，驾驶情况为例如具有施加的不同的加速量、不同的道路坡度和不同的车辆组合重量。然后对试验结果彻底地分析以确定适当的换挡点。

自动档位变换系统通常包含所谓的降档功能，藉此如果这种功能启动则强行换低档。其目的是迅速地提高发动机10的转速，这样就可以由它得到更大的功率，但是这种换低档可以造成发动机转速在换低档之后过高，从而使换高档成为必需。这意味着不希望的档位变换的数量会增大，且除了其它之外，还会对驾驶舒适性、燃料消耗和加速度产生影响。

图3显示了车辆1中加速踏板2的实例，该踏板可以围绕轴转动以控制施加的加速度/发动机扭矩，如图中的虚线箭头所示。加速踏板还包含降档功能，在此实例中如果加速踏板2被踩下至其底部位置这样按钮或传感器3启动，则该降档功能启动，于是档位变换系统就被给予降档功能将要启动的指示，例如通过发送至控制单元110的电信号。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种用于变速箱的控制的可选系统。本发明的另一个目的是提出一种可以完全或部分地解决现有技术的问题的用于变速箱的控制的系统。本发明的另一个目的是提出一种可以减少不希望的档位变换的数量的降档功能。

依照本发明的一个方面，上述目的是使用一种用于变速箱的控制的系统实现的，该系统包括至少一个适于机动车辆中的所述变速箱的控制单元，机动车辆包括连接至所述变速箱从而驱动所述变速箱的发动机，所述系统适于通过在所述变速箱中选择所要改变至的档位对接收到指示作出响应，该档位在所述变速箱的各种可能的档位之中并且能够使所述发动机在比使用所述各种可能的档位中的任意其它档位更短的时间内实现期望转速ω_KD。

本发明还涉及一种包括至少一个如上所述系统的机动车辆。

根据本发明的另一方面，上述目的是使用一种用于变换机动车辆中变速箱内的档位的方法实现的，该机动车辆包括连接至所述变速箱从而驱动所述变速箱的发动机，所述方法适于通过在所述变速箱中选择所要改变至的档位对接收到指示作出响应，该档位在所述变速箱的各种可能的档位之中并且能够使所述发动机在比使用所述各种可能的档位中的任意其它定位更短的时间内实现期望转速ω_KD。

本发明还涉及一种包括程序代码的计算机程序，当所述程序代码在计算机内执行时，该计算机程序导致所述计算机实现上述方法。本发明还涉及隶属于所述计算机程序的计算机程序产品。

依照本发明的方法也可以依照上述系统的各个实施例进行修改。

本发明的优点是降档功能的激活会在尽可能短的时间内提供发动机的最大可用功率。另一个优点是当使用降档功能时减少了不希望的档位变换。

依照本发明的装置和系统的更多优点和应用将由下列详细说明表明。

附图说明

在下述本发明的详细说明中，参照附图描述了本发明的实施例，其中：

－图1示意性地显示了机动车辆的动力传动系的一部分；

－图2是换低档和换高档线的曲线图；

－图3示意性地显示了包含降档功能的加速踏板；

－图4是本发明的实施例的流程图；

－图5显示了形成依照本发明的系统的一部分的控制单元。

具体实施方式

本发明涉及一种用于机动车辆1例如卡车或公共机动车辆中的变速箱20的控制的系统。变速箱20优选为形成由控制单元110例如ECU控制的自动档位变换系统的一部分的类型。在这种系统中，档位变换由控制单元110自动地实现，但是也正常的是驾驶员能够在这种系统中执行手动档位变换，这被称为自动状态(自动模式)中的手动档位变换。变速箱20也具有多个档位，例如在现代卡车中十二个前进档和一个或多个倒车档是正常的。

为了完全地或部分地消除依照现有技术的降档功能的缺点，提出了一种系统，它包括控制单元110用于变速箱20的控制，藉此当降档功能启动时从各种可能的档位中为变速箱20选择一个档位。档位的选择标准是为变速箱20选择的档位是发动机10使用它能够在比使用各种可能的档位中的任意其它档位更短的时间内达到期望的发动机转速ω_KD。

依照本发明的一个实施例的各种可能的档位是变速箱正在操作中的当前档位或较低档。其原因是当降档功能启动时始终期望相同或更高的发动机转速。在例如车辆1具有十二个前进档并且当前在档位8中行驶的情形中，依照该实施例的各种可能的档位为档位1－8，所以档位数量的范围为0与7向下档位之间，这意味着零档位变换也是可能的可选方案(即保持在同一个档位中)。

期望的发动机转速ω_KD表示发动机10的期望转速。在该上下文中，应当指出，期望的发动机转速ω_KD在包括发动机10的最大功率转速即发动机10的功率最大的转速的速度范围内。其理由是启动降档功能的目的是尽可能迅速地具有很大功率。依照本发明的一个实施例的期望转速ω_KD因此在限定为发动机10的最大功率转速+/-Δω的范围内，其中Δω是以rpm为单位的发动机转速。Δω的数量级优选地为100－300rpm，但是没有必要把该范围限定为关于发动机10的最大功率转速对称的最大功率转速+/-Δω。通常所期望的是发动机转速ω_KD正好低于发动机10的最大功率转速。

参照图4中的流程图，框F1计算消耗多长时间来加速至最大功率转速ω_KD而不换挡即i＝0，其中i表示当降档功能启动时从当前档位的向下档位的数目。其后在框F2中计算使用一个向下档位即i＝1时会消耗多长时间来达到最大功率转速ω_KD。然后比较这两个时间。如果在i＝0时比i＝1时达到最大功率转速ω_KD的时间更短，则档位变换系统选择不实现任何档位变换。否则，框F3使用i个向下档位计算达到最大功率转速ω_KD所消耗的时间，并且将它与使用i-1个向下档位达到最大功率转速ω_KD所消耗的时间进行比较。重复该过程，直到达到向下档位i比前一个即i-1花费更长时间为止，于是框F4实现i-1个向下档位。

依照本发明的一个实施例，达到最大功率转速ω_KD所消耗的时间是由下面的方程计算得到的

T_最大功率＝T_换挡+T_加速

其中T_换挡是档位变换系统从当前档位改变为将使发动机最迅速地达到最大功率转速ω_KD的候选档位之一即从各种可能的档位中选择的档位所消耗的时间。该参数对于档位变换系统是已知的，因为它系统确定的。如果计算用于零档位变换(即根本没有档位变换)，则该项目很显然为0。T_加速是在变换档位之后将车辆1加速至最大功率转速ω_KD所消耗的时间。可以如下得到T_加速。

假设方程(1)至(3)中的关系

$M=J\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}---\left(1\right)$

$M=M_e-\frac{F_{res}r}{i}---\left(2\right)$

$J=m+I_e\frac{i^2}{r^2}---\left(3\right)$

其中M是加速转矩，J是车辆的惯性，ω是发动机转速，M_e是发动机飞轮的转矩，F_res是行驶阻力，r是车轮半径，i是总传动比，m是车辆的重量并且I_e是发动机的惯性矩；这些关系由方程(4)表示为

$\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}=\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\frac{M}{J}=\frac{M_e-\frac{F_{res}r}{i}}{m+I_e\frac{i^2}{r^2}}---\left(4\right)$

它最终表示为

可以看出档位选择是利用上述方程实时即每次在启动降档功能时发生的。计算优选地是在控制单元中当它接收到如上所述的降档指示时完成的。

依照本发明的另一个实施例，系统还包括适于在降档功能将要启动时提供指示的控制装置2。控制装置2优选地是包含降档功能的加速踏板2。如图3中所述，加速踏板2可以采用第一极限位置(对应于未施加加速度)和第二极限位置(对应于施加全加速度)之间的多个连续位置。将加速踏板踩下至其第二极限位置将启动例如按钮或传感器3，导致系统的降档功能被启动。例如，电信号可以从按钮或传感器3发送至控制单元110用于控制变速箱20。

本发明还涉及一种至少包括如上所述系统的机动车辆1例如卡车或公共机动车辆。

本发明还涉及一种用于变换机动车辆1中变速箱内的档位的方法。该方法包括通过在各种可能的档位之中选择一个档位以对接收到指示作出响应,藉此发动机10在比使用各种可能的档位中的任意其它档位更短的时间内实现期望转速ω_KD。该方法实质上依照图4中的流程图运行。

还应当指出，上面的方法和该方法的实施例可以依照本发明的变速箱控制的系统的各个实施例进行修改。

专家还可以理解，依照本发明的用于变速箱内的档位变换的方法也可以在计算机程序中实现，当在计算机中执行时，该计算机程序使计算机实现该方法。计算机程序包含在计算机程序产品的计算机可读取介质中，该计算机可读取介质采取适当的存储器的形式，例如ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除PROM)、闪存、EEPROM(电可擦除PROM)、硬盘单元等等。

图5示意性地显示了形成依照本发明的系统的一部分的控制单元110。控制单元110包括计算单元111，计算单元111可以采取基本上任意适当形式的处理器或微型计算机，例如用于数字信号处理(数字信号处理器，DSP)的电路或具有预定具体功能的电路(特定用途集成电路，ASIC)。计算单元111连接至存储单元112，存储单元112包含在控制单元110中并且向计算单元111提供例如计算单元111能够执行计算所需的存储的程序代码和/或存储的数据。计算单元111还适于在存储单元112中存储计算的部分或最终结果。

控制单元110还设置有分别接收输入信号和发送输出信号的装置113、114、115、116。这些输入和输出信号可以包括信号接收装置113、116可以检测为信息并且可以转换为可以由计算单元111处理的信号的波形、脉冲或其它特征。计算单元111然后被提供这些信号。信号发送装置114、115适于转换从计算单元111接收的信号从而例如通过调制信号生成可以传递至系统的其它部分用于换低档和换高档点的确定的输出信号。本领域的普通技术人员可以理解，上述计算机可以采取计算单元111的形式并且上述存储器可以采取存储单元112的形式。

用于分别接收输入信号和发送输出信号的各个装置的每个连接可以采用下列中的一个或多个的形式：电缆、数据总线例如CAN(控制器局域网)总线、MOST(定向系统传输媒体)总线或一些其它总线配置或无线连接。图1中的连接70、80、90、100可以采用一个或多个这些电缆、总线或无线连接的形式。

最后，本发明并不限于如上所述的其实施例，而是还涉及和包括在所附独立权利要求的保护范围内的所有实施例。

Claims (14)

1.一种用于变速箱(20)的控制的系统，包括至少一个适于控制机动车辆(1)中的所述变速箱(20)的控制单元(110)，该车辆(1)包括连接至所述变速箱(20)从而驱动所述变速箱(20)的发动机(10)，其特征在于，所述系统适于通过在所述变速箱(20)中选择所要改变至的档位以对接收到指示作出响应，该档位在所述变速箱(20)的各种可能的档位之中并且能够使所述发动机(10)在比使用所述各种可能的档位中的任意其它档位更短的时间内实现期望的发动机转速ω_KD。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括连接至所述系统的控制装置(2)，该控制装置(2)适于提供所述指示。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制装置(2)是包含降档功能从而生成所述指示的加速踏板。

4.如前述权利要求1-3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述期望的发动机转速ω_KD在包括所述发动机(10)的最大功率转速的发动机转速范围内。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述发动机转速范围限定为所述发动机(10)的最大功率转速+/-Δω，其中Δω是数量级为100－300rpm的发动机转速值。

6.如前述权利要求1-3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述档位是当前档位或较低档。

7.如前述权利要求1-3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述档位是基于实时的计算选择的。

8.如前述权利要求1-3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述档位使时间函数T_最大功率＝T_换档+T_加速最小,

其中T_换档是实现档位变换所消耗的时间并且T_加速是变换档位之后将所述车辆(1)加速至最大功率转速所消耗的时间。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，T_加速确定为

其中Me是所述发动机(10)的飞轮的转矩，I_e是所述发动机(10)的惯性矩并且F_res、r、i和m分别是所述车辆(1)的行驶阻力、车轮半径、总传动比和重量。

10.如权利要求1-3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述指示是电控制信号。

11.如权利要求1-3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述变速箱(20)是包括多个档位的自动变速箱或电控机械式手动变速箱，并且所述机动车辆(1)在包括卡车和公共机动车辆的范围内。

12.如权利要求1-3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述各种可能的档位是所述变速箱(20)的当前档位和其它较低档。

13.一种机动车辆(1)，包括至少一个如权利要求1－12中的任一项所述的系统。

14.一种用于变换机动车辆(1)中变速箱(20)内的档位的方法，该车辆(1)包括连接至所述变速箱(20)从而驱动所述变速箱(20)的发动机(10)，所述方法的特征在于，通过为所述变速箱(20)选择一个档位以对接收到指示作出响应，该档位在所述变速箱(20)的各种可能的档位之中并且能够使所述发动机(10)在比使用所述各种可能的档位中的任意其它档位更短的时间内实现期望的发动机转速ω_KD。