CN102927262B - 超三参数最佳挡位决策自动变速箱控制器 - Google Patents

Abstract

一种超三参数最佳挡位决策自动变速箱控制器，该控制器包括自动变速器控制器（100）、信息中心（110）、路况观察器（120）、最佳挡位决策中心（130）、换挡控制器（140）、发动机效率实时观察器（150）、发动机状况观察器（160）。由观察器输出的结果及驾驶员的操控信号作为选择最佳挡位的依据；最佳挡位决策中心（130）根据三个观察器得到的结果以及驾驶员的操控指令自动决定最佳挡位，选择执行换挡方法。本发明通过多参数决策，解决了发动机衰老引起的万有特性变化以及三参数换挡法不能兼顾驾驶员需求的问题。本发明不仅可以应用在内燃机机动车上，也可用于混合动力、纯电动等机动车上。

Description

超三参数最佳挡位决策自动变速箱控制器

技术领域    

本发明涉及一种新型超三参数最佳挡位决策自动变速箱控制器，属汽车自动变速箱控制技术领域。

背景技术    

自动变速箱的应用越来越广泛。自动变速箱的广泛应用的原因是其驾驶十分方便，在前行驾驶过程中无需驾驶员动脑筋决定什么情况用什么挡位，更不要驾驶员做任何动作去换挡，而是专心操作方向盘，既轻松又安全。自动变速箱有很多种，如液力式自动变速箱（AT）、机械式自动变速箱（AMT）、双离合器自动变速箱（DCT）、无级自动变速箱（CVT、IVT）等，但无论是何种变速箱，都是由变速箱控制器（TCU）根据驾驶员的需求、路面状况、和车子运行状况等确定用哪个挡位最佳。只要使用自动变速箱的自动功能，无论传统车辆是这样，混合动力和纯电动车辆也都是这样。现在最常用的挡位确定方式有两种：（1）两参数方式：用车速与油门开度去确定最佳挡位；（2）三参数方式：用车速、油门开度与加速度去确定最佳挡位。

目前大多数换挡规律均采用油门开度和车速作为换挡控制参数的两参数控制。它的优点是简单，但会出现循环换挡的情况。加上加速度之后会减少循环换挡出现的概率，但还没有从根本上解决问题，还有在经济性方面、动力性方面、驾驶舒适性、安全性等方面非常欠缺，不能满足现代驾驶要求。

发明内容    

本发明的目的是，针对二参数、三参数挡位确定法的缺陷提出一种新型的挡位决策方案。它从车辆的经济性方面、动力性方面、驾驶舒适性、安全性等方面出发，综合决策最佳挡位。

本发明的技术方案是，本发明在决策最佳挡位时在三参数（车速、油门开度与加速度）的基础上增加下列参数：发动机万有特性或/电动机的效率图谱、路面坡度、路面弯度、空气温度、发动机温度/电机温度、电池充电状态或燃油液面、电池健康状态或发动机健康状态；由多到10个参数来确定最佳挡位。

本发明超三参数最佳挡位决策自动变速箱控制器包括自动变速器控制器（TCU）100、信息中心110、路况观察器120、最佳挡位决策中心130、换挡控制器140、发动机效率实时观察器150、发动机状况观察器160。

驾驶员、动力源（对于燃油车为发动机或对于电动汽车为电机）、路况、车况等信息通过传感器全部输入到控制器100的信息中心110进行处理。这些经过处理、验证后的信息被送到多个模块：路况观察器120、发动机状况观察器160、发动机效率实时观察器150。由这三个观察器输出的结果以及部分驾驶员的操控信号被送到最佳挡位决策中心130作为选择最佳挡位的部分主要依据；最佳挡位决策中心130根据三个观察器得到的结果以及驾驶员的操控指令自动决定最佳挡位；在得出了最佳挡位之后，该目标挡位的信号被送到换挡管理器，由换挡管理器选择执行换挡方法。

路况观察器120的作用是判别现时道路是平路、上坡、下坡、还是拐弯。判别路面坡度可根据坡度传感器直接测量值或用观察器的计算分析得出道路的坡度。观察器是根据发动机出力大小和车子实际速度来确定坡度。因为车子的速度决定于发动机出力大小和车辆的行驶阻力大小。发动机控制器可以准确提供发动机实时的出力大小。行驶阻力则决定于更多因素，如车速、路面、轮胎磨损、轮胎压力、风力、道路阻力、传动链阻力、车子质量、和路面坡度等。对于一辆在行进中的车辆，它的轮胎磨损、轮胎压力、平路行驶阻力、传动链阻力、车子质量都基本不变，而变化的是车速、坡度和可能的风力，所以路况观察器120的作用之一就是根据发动机实时的出力大小和行驶状态，排除其它因素对车速的影响，而得出路面坡度和车速的关系。拐弯信号可以由车子两侧两个被动车轮转速差来判断或根据方向盘角度传感器来直接测量。

发动机状况观察器160的作用是判别发动机的实时热效率和发动机本身的健康状况。热效率的获得是通过对消耗的燃油、油温、冷却液温度、和车子的加速能力相对应计算而得，而发动机的健康状况取决于发动机的怠速油耗、最高输出功率和效率。

发动机效率实时观察器150的作用是自动学习发动机的实时效率并更新发动机的万有特性曲线。在许多系统中都是采用发动机开发时测得的万有特性曲线来作为换挡的依据，其实，发动机在运行过程中会越变越差，万有特性的变化会很大，所以仍然按照新发动机时的万有特性来决定换挡线显然是不合时宜的。本发明采用实时更新的发动机万有特性来实时评估如果降一或升一挡时的发动机效率，这样对从燃油、发动机温升和尾气排放的角度来确定使用哪一个挡位提供了宝贵资料，这样决定的换挡线保证了所选择到的挡位是真正最佳的。

最佳挡位决策中心130根据三个观察器得到的结果以及驾驶员的操控指令自动决定最佳挡位可采用二种方法：方法之一，是根据不同的模式查取不同的换挡规律线，这个办法的综合性较差，即它具有排他性；另一种方法是权位法，即各个模式按一定的权组合成一个综合的换挡线，不同的模式占有不同的权数，这个综合的权数最终形成一个换挡矫正量掌控选择最佳挡位，这个最佳挡位是综合了驾驶员的需求、又考虑到安全性、经济性、动力性、舒适性、可靠性等诸多方面。这样的最佳挡位才是真正的最佳挡位。在过去的系统中，计算机的计算能力和电子存储器容量有限而往往难以实现复杂的运算，而现在这些都是可能的。

在得出了最佳挡位之后，该目标挡位的信号被送到换挡管理器。如果选择的最佳挡位和目前挡位不一致并且不存在循环换挡问题，那么就自动执行换挡。对于不同的自动变速箱有着不同的换挡方法。如液力式自动变速箱（AT）就控制相应阀门的开关以及离合压力实现换挡；机械式自动变速箱（AMT）则通过对离合器、选挡、换挡、等机械机构的驱动来实现换挡；而对双离合器自动变速箱（DCT）则通过对两个离合器以及选挡、换挡、等机械机构的驱动来实现换挡。

本发明的有益效果是，本发明超三参数最佳挡位决策自动变速箱控制器通过多参数决策，解决了发动机衰老引起的万有特性变化以及三参数换挡法不能兼顾驾驶员的需求、又考虑到安全性、经济性、动力性、舒适性、可靠性等诸多方面的最佳问题。

本发明不仅可以应用在内燃机机动车上，也可用于混合动力、纯电动等机动车上。

附图说明    

图1是自动变速器控制器（TCU）；

图2是自动变速器控制器的控制模型；

图3是自动变速器的最佳挡位决策控制模型；

图4 是一般发动机万有特性曲线实例；

图5是一电机效率图谱实例；

图6是路况观察器的控制模型；

图7是发动机健康状况观察器的模型；

图中图号为：100是TCU；110是信息中心；120是路况观察器；130是最佳挡位决策中心；140是换挡控制器；150是发动机效率实时观察器；160是发动机状况观察器；131是换挡模式选择器；132是最佳挡位抉择器；121是车况自学习器；122是车速估算器；123是坡度估算器；161是发动机输出扭矩观察器；162是发动机热耗观察器；163是发动机瞬时效率观察器和发动机健康综合分析器电动机的效率和健康状况。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如图2所示。

本实施例是以内燃机作为主动力的车辆为例，对电动车的情况相类似。

驾驶员、动力源（发动机或电机）、路况、车况等信息通过传感器全部归纳到控制器100的信息中心110进行处理。这些经过处理、验证后的信息被送到多个模块：路况观察器120、发动机状况观察器160、发动机效率实时观察器150。

路况观察器用于判别现时道路是平路、上坡、下坡、还是拐弯。其判别路面坡度的原理是根据发动机出力和车子实际速度来确定坡度，也可用坡度传感器来直接测量。

路况观察器包括车况自学习器、车速估算器和坡度估算器；如图6所示，车况自学习器121通过预先设置的值加上运行中自学习调整的值确定车子质量和自身阻力；车速估算器122则根据发动机出力以及车子的状况估算在平路上车子应有的速度；坡度估算器123则根据估算的应有速度及实际车速加上历史信息确定车子所运行的路面的坡度。

拐弯信号是由车子两侧两个被动车轮转速差来判断或方向盘转角传感器输出来确定。

发动机状况观察器160用于判别发动机的实时热效率和发动机本身的健康状况。发动机实时热效率的获得是通过对消耗的燃油、油温、冷却液温度、和车子的加速能力相对应计算而得，发动机的健康状况取决于发动机的怠速油耗、热效率及最高输出功率的大小。怠速油耗多少的信息可以由发动机控制器通过CAN总线或其它通讯方式提供给变速箱控制器。图7是发动机状况观察器160的示意图。通过对怠速、热量损失、最大输出扭矩等，该观察器可以判别发动机的即时热效率和发动机的健康状况。如图7所示，发动机输出扭矩观察器161记录在不同转速下的最大输出扭矩和在怠速下的油耗；发动机热耗观察器162统计发动机的热耗从而计算发动机的即时效率；发动机健康综合分析器163根据油耗、发热、最大功率、各个情况下的效率而评定出发动机的健康状况。电动机的效率和健康状况也可用类似方法得出。

发动机效率观察器150的作用是自动学习发动机的实时效率并更新发动机的万有特性曲线，如图4所示是一般发动机万有特性曲线实例。在许多系统中都是采用发动机开发时测得的万有特性曲线来作为换挡的依据，其实，发动机在运行工程中会越变越差，万有特性的变化会很大，所以仍然按照新发动机时的万有特性来决定换挡线显然是不合时宜的无奈之举。本发明采用实时更新的万有特性来实时评估如果降一或升一挡时的发动机效率，这样对从燃油和尾气排放的角度确定使用哪一提供了宝贵资料，这样决定的换挡线保证了挡位选择真正最佳。万有特性的更新是根据发动机的健康状况发出的瞬时发动机效率信息来进行统计和自学习的。

图5是某电动机的效率图谱。和发动机相类似，正确的挡位能够使电动机工作在最佳效率区从而降低了电动机的能耗和发热，提高了电池的利用率，延长了电池的寿命及单次充电行驶的距离。和发动机万有特性的变化相类似，随着电动机的使用，这个效率图谱也不是一成不变的。

从这三个观察器输出的结果以及部分驾驶员的操控信号被送到最佳挡位决策中心130作为选择最佳挡位的部分主要依据。

最佳挡位决策中心130根据三个观察器得到的结果以及驾驶员的操控指令自动决定最佳挡位。方法之一是根据不同的模式查取不同的换挡规律线，这个办法的综合性较差，即它具有排他性；另一种方法是权位法，即各个模式按一定的权组合成一个综合的换挡线，不同的模式占有不同的权数，这个综合的权数最终形成一个换挡矫正量掌控选择最佳挡位。这个最佳挡位是综合了驾驶员的需求、又考虑到安全性、经济性、动力性、舒适性、可靠性等诸多方面。这样的最佳挡位才是真正的最佳挡位。在过去的系统中，计算机的计算能力和电子存储器容量有限而往往难以实现复杂的运算，而现在这些都是可能的。

在得出了最佳挡位之后，该目标挡位的信号被送到换挡管理器，由换挡管理器选择执行换挡方法。如果选择的最佳挡位和目前挡位不一致并且不存在循环换挡问题，那么就自动执行换挡。对于不同的自动变速箱有着不同的换挡方法。如液力式自动变速箱（AT）就控制相应阀门的开关以及离合压力实现换挡；机械式自动变速箱（AMT）则通过对离合器、选挡、换挡、等机械机构的驱动来实现换挡；而对双离合器自动变速箱（DCT）则通过对两个离合器以及选挡、换挡、等机械机构的驱动来实现换挡。换挡管理器150是以AMT为例来表示本发明的功能的。

Claims (5)

1.一种超三参数最佳挡位决策自动变速箱控制器，其特征在于，所述控制器包括自动变速器控制器(100)、信息中心(110)、路况观察器(120)、最佳挡位决策中心(130)、换挡控制器(140)、发动机效率实时观察器(150)、发动机状况观察器(160)；

驾驶员、动力源、路况、车况的信息通过传感器全部输入到控制器的信息中心(110)进行处理；这些经过处理、验证后的信息被送到：路况观察器(120)、发动机状况观察器(160)、发动机效率实时观察器(150)；由这三个观察器输出的结果以及部分驾驶员的操控信号被送到最佳位决策中心(130)作为选择最佳挡位的部分主要依据；最佳挡位决策中心(130)根据三个观察器得到的结果以及驾驶员的操控指令自动决定最佳挡位；在得出了最佳挡位之后，该最佳挡位的信号被送到换挡管理器，由换挡管理器选择执行换挡方法。

2.根据权利要求1所述的超三参数最佳挡位决策自动变速箱控制器，其特征在于，所述路况观察器(120)用于判别现时道路是平路、上坡、下坡、还是拐弯；判别路面坡度可根据坡度传感器直接测量值或用观察器的计算分析得出道路的坡度；观察器是根据发动机出力大小和车子实际速度来确定坡度；拐弯信号是由车子两侧两个被动车轮转速差来判断或根据方向盘角度传感器来直接测量；

所述路况观察器包括车况自学习器、车速估算器和坡度估算器；车况自学习器(121)通过预先设置的值加上运行中自学习调整的值确定车子质量和自身阻力；车速估算器(122)则根据发动机出力以及车子的状况估算在平路上车子应有的速度；坡度估算器(123)则根据估算的应有速度及实际车速加上历史信息确定车子所运行的路面的坡度。

3.根据权利要求1所述的超三参数最佳挡位决策自动变速箱控制器，其特征在于，所述发动机状况观察器(160)用于判别发动机实时热效率和发动机本身健康状况；所述发动机实时热效率的获得是通过对消耗的燃油、油温、冷却液温度和车子的加速能力相对应计算而得，所述发动机健康状况取决于发动机的怠速油耗、最高输出功率和效率。

4.根据权利要求1所述的超三参数最佳挡位决策自动变速箱控制器，其特征在于，所述发动机效率实时观察器(150)用于自动学习发动机的实时效率并更新发动机的万有特性曲线，采用实时更新的万有特性来实时评估如果降一或升一挡时的发动机效率，这样对从燃油、发动机温升和尾气排放的角度确定使用哪一种挡位提供了依据，由此决定的换挡线保证了挡位选择真正最佳。

5.根据权利要求1所述的超三参数最佳挡位决策自动变速箱控制器，其特征在于，所述最佳挡位决策中心(130)根据三个观察器得到的结果以及驾驶员的操控指令自动决定最佳挡位；其方法是权位法，即各个模式按一定的权组合成一个综合的换挡线，不同的模式占有不同的权数，这个综合的权数最终形成一个换挡矫正量掌控选择最佳挡位。