CN102549310B - 用于确定档位数量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆中变速箱的档位数量N的确定的方法，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，所述档位数量N是所述变速箱分别在换高档点或换低档点处适于实现的换低档的数量或换高档的数量，其中换低档点表示所述变速箱在其下适于实现换低档的第一发动机转速，并且换高档点表示所述变速箱在其下适于实现换高档的第二发动机转速，并且所述档位数量N是基于时间周期T期间所述机动车辆的预测的加速度α确定的。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。

Description

用于确定档位数量的方法

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆中变速箱的档位数量的确定的方法。特别地，本发明涉及一种用于在机动车辆的变速箱变换档位时连同相应的一个或多个换低档和换高档点使用档位数量N的方法。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如客车或机动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后者。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，并且类似地，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的行驶特性和燃料消耗，所以换挡点就必须由车辆制造商精确地校准。它们的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。之后对试验结果彻底地分析以确定适当的换挡点。

传统系统中的档位数量还通过规律地测量车辆1的加速度并且使用测量的数据确定档位数量实现。在这种传统系统中，高的测量加速度导致更多档位并且低的测量加速度导致更少档位。测量的加速度之后与表中存储的各个加速度阈值比较，并且所述阈值的确定决定当在给出的驾驶情况下变换档位时应该执行多少档位。阈值是发动机决定的并且因此适于特定的发动机10。确定适当的阈值使车辆制造商执行大量的校准从而得到它们。校准过程既昂贵又耗时。还很常见的是使用表列的加速度阈值会导致采用错误的档位数量。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种用于确定当变换变速箱内档位时所需档位数量的可选方法。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方法。

依照本发明的一个方面，上述目的是使用用于机动车辆中变速箱的档位数量N的确定的方法实现的，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，所述档位数量N是所述变速箱分别在换低档或换高档点处适于实现的换低档的数量或换高档的数量，其中换低档点表示所述变速箱在其上适于实现换低档的第一发动机转速，换高档点表示所述变速箱在其上适于实现换高档的第二发动机转速，并且所述档位数量N是基于所述车辆在时间周期T期间的预测的加速度α确定的。

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如本发明所述的方法。本发明还涉及隶属于所述计算机程序的计算机程序产品。

依照本发明的另一个方面，上述目的是使用用于档位数量N的确定的系统实现的，该系统包括至少一个适于控制机动车辆中变速箱的控制单元，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，所述档位数量N是所述变速箱分别在换高档点或换低档点处适于实现的换低档的数量或换高档的数量，其中换低档点表示所述变速箱在其上适于实现换低档的第一发动机转速，并且换高档点表示所述变速箱在其上适于实现换高档的第二发动机转速。所述系统还适于在时间周期T期间所述车辆的预测的加速度α的基础上确定所述档位数量N。

依照本发明的系统也可以依照上述方法的各个实施例进行修改。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1。

本发明的优点是可以为档位数量的确定提供更适当的加速度的量度标准。该加速度量度标准基于车辆的加速度的估算。因此可以考虑相关的物理和机械参数。这可以减少不正确的档位选择的数量，导致更低的燃料消耗、更好的驾驶性能等等。本发明的另一个优点是，使用依照本发明的方法和系统可以比现有技术更快地完成确定档位数量，因为车辆加速度的测量变得多余。

依照本发明的方法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示意曲线图；

－图3是本发明的实施例的流程图；并且

－图4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

如上面的背景技术说明所示，传统系统中的档位数量是通过规律地测量机动车辆1的加速度确定的。该过程不考虑某些会影响作为用于确定档位数量的输入参数的测量的加速度的适当性的事实情形。例如，当车辆1加速时，加速度可以在发动机转速升高时改变。该改变可以源于由发动机10输出的扭矩在不同的发动机转速之间改变。因此，如果在低发动机转速下加速度低，就可能会出现当发动机10接近它的最大功率输出转速即它输出最大功率的速度时加速度是足够的。因此做出好的档位选择(档位数量)就必须适应加速度的阈值，这样它们就会采用足够低的值以允许在发动机10输出最小功率的转速下适当的档位选择。

影响档位数量的另一个因素是向具有涡轮的发动机10应用快速加速度的因素。涡轮增压发动机10在形成穿过涡轮的足够的气流之前不能输出全扭矩，这意味着如果在这种情况下采取变换档位，车辆1的加速度将不会对应于特定时间之后使用涡轮可得到的功率。

这些和其它因素造成了相当大的风险，即传统档位变换系统可能会因为测量的加速度并非用于确定档位数量的最佳输入参数而选择了不正确的档位数量。加速度测量过程还会导致确定档位数量中的延迟，因为来自加速度测量传感器的信号在用于档位选择确定之前必须进行分析。如在现有技术中那样使用测量的加速度因此还会因为测量结果的延迟的可用性而导致不正确的档位选择。

相比较而言，依照本发明的解决方案基于影响车辆1的加速度的各种物理和机械量值之间的特定数学关系的假设。基于这些假设可以得到预测的加速度α，然后该预测的加速度α用于确定用于在车辆1的变速箱20中变换档位的档位数量N。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。在这种档位变换系统中，档位由控制单元110自动地变换，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。档位数量N可以改变但是优选地在一个和八个之间的某数处。

使用预测的加速度α提供了可以更适当地表示车辆1的加速度的输入参数用于档位数量N的确定。在该上下文中更适当意思是使用预测的加速度α造成用于档位变换的档位数量N的更好的确定，因为预测的加速度对于档位选择确定是更正确并且更精确的量度标准。预测的加速度α可以优选地用作档位选择确定中的加速度阈值，这意味着不同的加速度阈值表示不同的档位数量N。

本发明的基本概念是使用预测的加速度α用于确定档位数量N，该加速度α是在时间周期T期间预测的，该时间周期T是发动机10从第一时间点处的当前发动机转速ω₁改变至第二时间点处启动换高档或换低档的发动机转速ω₂所消耗的时间。

本发明因此提出了一种用于变速箱20的档位数量N的确定的可选和更好的方法。如上所述，其理由是预测的加速度α对于档位选择确定是更适当的量度标准，因为不同于现有技术，它可以预测车辆1的行为。

依照本发明的一个实施例，加速度α是使用依照方程(1)中的关系的时间周期T预测的

$\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{T}---\left(1\right)$

其中Δω＝ω₂-ω₁，即当前发动机转速与用于启动档位变换的转速之差。该预测的加速度α是时间周期T期间车辆1的平均加速度。

依照本发明的另一个实施例，时间周期T是基于采用方程(2)至(4)中的关系确定的

$M=J\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}---\left(2\right)$

$M=M_e-\frac{F_{\mathrm{res}}r}{i}---\left(3\right)$

$J=m+I_e\frac{i^2}{r^2}---\left(4\right)$

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(5)表示为

$\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}=\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\frac{M}{J}=\frac{M_e-\frac{F_{\mathrm{res}}r}{i}}{m+I_e\frac{i^2}{r^2}}---\left(5\right)$

最后依照方程(6)生成时间周期T

$T=\underset{{\mathrm{\ω}}_1}{\overset{{\mathrm{\ω}}_2}{\∫}}\frac{m+I_e\frac{i^2}{r^2}}{M_e-\frac{F_{\mathrm{res}}r}{i}}\mathrm{d\ω}---\left(6\right)$

依照另一个实施例，预测的加速度α也可以利用上述方程实时计算，例如由控制单元110如ECU。结果是对车辆1的改变的运行情况做出档位数量N的选择的即时调整。

下面参照图3中的流程图描述了本发明的一个实施例。图3显示了在换高档处选择档位数量的步骤。在本实施例中选择作为预测的加速度α的函数的档位数量N包括使用相关联的换挡点计算每个档位数量N的预测的平均加速度α。其后检查哪个档位N会生成好的驾驶舒适性，这可以表示为驾驶员和乘客感觉档位系统和谐地变换档位。例如，为使所选档位提供良好的驾驶舒适性，必须满足下列三个条件中的任一个：

－档位数量N＝1，因为始终需要至少一个可能的候选档位，

－当前发动机转速高于用于第N个档位的换档点，或者

－用于第N个档位的在当前发动机转速与换挡点之间的预测的平均加速度α高于预定的阈值，其中具有加速度阈值的理由是如果迅速地即以高加速度达到换挡点，则长档位(大的N值)就仅仅感觉良好。

这三个条件对应图3中的C1－C3。满足它们中的任一个的N值进入图3中右侧的框B1中，其中该框B1包含了针对各个N值的所有可能的候选项。并不满足三个条件中的任一个的N值结束于具有所有非候选项的框B3中。最后，在框B2中确定所有N候选项中的哪一个取得最高值。基于上述推理，N＝1将始终是一个候选项。例如，如果N＝1、2、3、4是档位数量的候选项，则依照该实施例档位系统将选择N＝4。

仍参见图3，依照本发明的一个实施例，在换低档处选择档位数量是通过确定当前发动机转速是否小于第N个档位(在C2处)的换档点并且预测的平均减速度(在这种情形下为预测的平均加速度α的绝对值)是否高于预定的阈值(在C3处)完成的。

专家还可以理解，依照本发明的用于档位数量N的确定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。

本发明还涉及一种用于档位数量N的确定的系统。该系统包括至少一个适于控制机动车辆1中变速箱20的控制单元110(例如用于变速箱20的ECU)。变速箱20连接至驱动变速箱20和动力传动系的其它部分的发动机10。所述档位数量N是变速箱20分别在换低档点处或换高档点处适于实现的换低档的数量或换高档的数量。换低档点表示变速箱20在其上适于实现换低档的第一发动机转速，并且换高档点表示变速箱20在其上适于实现换高档的第二发动机转速。该系统还适于基于在时间周期T期间车辆的预测的加速度α确定所述档位数量N。

图4示意性地显示了控制单元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。

用于与分别接收输入信号或发送输出信号的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。

专家还会理解，上述系统可以依照用于依照本发明的档位数量N的确定的方法的各种实施例进行修改。本发明还涉及包括至少一个依照本发明的用于档位数量N确定的系统的机动车辆1，例如卡车或公共机动车辆。

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本发明的保护范围内的所有实施例。

Claims (13)

1.一种用于机动车辆(1)中的变速箱(20)的档位数量N的确定的方法，该机动车辆(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)，所述档位数量N是所述变速箱(20)分别在换高档点或换低档点处适于实现的换低档的数量或换高档的数量，其中换低档点表示所述变速箱(20)在其上适于实现换低档的第一发动机转速，并且换高档点表示所述变速箱(20)在其上适于实现换高档的第二发动机转速，其特征在于，所述档位数量N是基于在时间周期T期间所述机动车辆(1)的预测的加速度α确定的。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间周期T是所述发动机(10)从第一时间点处的第一发动机速度ω₁改变为第二时间点处的第二发动机速度ω₂所耗的时间。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一时间点是当前时间点并且所述第二时间点是换低档或换高档启动时的时间点。

4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述时间周期T确立如下

$T=\underset{{\mathrm{\ω}}_1}{\overset{{\mathrm{\ω}}_2}{\∫}}\frac{m+I_e\frac{i^2}{r^2}}{M_e-\frac{F_{\mathrm{res}}r}{i}}\mathrm{d\ω}$

其中M_e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。

5.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述加速度α是在所述时间周期T期间所述机动车辆(1)的预测的平均加速度。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加速度α预测为

$\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{T}$

其中Δω＝ω₂-ω₁。

7.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述加速度α是实时预测的。

8.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述加速度α用作用于确定所述档位数量N的加速度的阈值。

9.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述档位数量N的范围为从一个到八个。

10.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述变速箱(20)由控制单元(110)控制并且是包括多个档位的自动变速箱或电控机械式自动变速箱，并且所述机动车辆(1)在卡车和公共机动车辆的范围内。

11.一种用于在机动车辆(1)的变速箱(20)变换档位时连同相应的一个或多个换低档和换高档点使用档位数量N的方法，其中档位数量N是依照如权利要求1－10所述的方法中的任一项确定的。

12.一种用于档位数量N的确定的系统，包括至少一个适于控制机动车辆(1)中变速箱(20)的控制单元(110)，机动车辆(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)，所述档位数量N是所述变速箱(20)分别在换高档点或换低档点处适于实现的换低档的数量或换高档的数量，其中换低档点表示所述变速箱(20)在其上适于实现换低档的第一发动机转速，并且换高档点表示所述变速箱(20)在其上适于实现换高档的第二发动机转速，其特征在于，所述系统适于基于在时间周期T期间所述机动车辆(1)的预测的加速度α确定所述档位数量N。

13.一种机动车辆(1)，包括至少一个如权利要求12所述的系统。