CN111344206A - 手动变速器的智能换档辅助系统 - Google Patents

Abstract

提供了所公开的系统、装置和方法用于辅助车辆的手动变速器的换档。发动机控制单元(ECU)从换档选择器接收档位变换请求。档位变换请求请求将档换到期望位置。ECU将发动机扭矩消除到基本为零，并指示档位已准备好移至空档位置。然后，ECU确定档位是否已移至空档位置。响应于确定档位已经移动到空档位置，ECU调节发动机速度以匹配与期望位置对应的传动比和变速器输出速度，并指示档位已准备好切换到期望位置。然后，ECU确定档位是否已切换到期望位置。响应于确定档位已经变换到期望位置，ECU恢复发动机扭矩。

Description

手动变速器的智能换档辅助系统

技术领域

本公开涉及用于辅助具有手动变速器的车辆换档的系统和方法。

背景技术

手动变速器用于各种车辆，例如卡车、公共汽车、汽车等。通常，手动变速器使用由脚踏板或手持杆接合和分离的驾驶员操作的离合器，以调节从发动机轴到变速器输入轴的扭矩传递。手动换档(例如，变速杆)用于接合/分离和选择档位，以调节从变速器输入轴到变速器输出轴的扭矩传递。当选择并接合不同的档位时，速度可能会变化，这是发动机速度与变速器输出轴速度的比值。可以改变档位(即，升档或降档)，以使发动机的速度和功率与车辆的道路速度匹配。

手动变速器需要车辆驾驶员手动换档。特别的，首先，驾驶员通过例如踩下离合器踏板来使变速器与发动机分离。然后，驾驶员将正在被啮合的齿轮移动到空档位置脱离啮合。在空档位置，没有齿轮啮合，因此扭矩没有从发动机传递到变速器。驾驶员释放离合器踏板以重新将变速器与发动机接合，并通过油门使发动机升速以达到根据所需传动比和当前变速器输出速度的同步速度。当发动机达到同步速度时，驾驶员再次松开离合器，并移动变速杆以接合期望档位。一系列手动操作使换档变得复杂。

发明内容

一个实施例涉及一种用于辅助车辆的手动变速器换档的装置。该设备包括档位变换请求接收电路，该档位变换请求接收电路被构造为从换档选择器接收档位变换请求。档位变换请求请求将档换到期望位置。该设备还包括：扭矩改变电路，其构造成改变发动机扭矩，指示呈现电路，其构造成向驾驶员显示档位是否准备好移动的指示，档位位置检测电路，其构造成响应于所述指示来确定档位是否已经移动，和发动机速度同步电路，其构造成调节发动机速度以匹配与期望位置相对应的传动比和变速器输出速度。

另一个实施例涉及一种用于辅助车辆的手动变速器换档的方法。该方法包括从档位选择器接收档位变换请求。档位变换请求请求将档换到期望位置。该方法还包括消除发动机扭矩到基本为零，指示档位已准备好移至空档位置，和确定档位是否已经移动到空档位置。响应于确定档位已经被移动到空档位置，该方法调节发动机速度以匹配对应于期望位置的传动比和变速器输出速度。该方法还包括指示档位准备好要移至期望位置，并确定档位是否已经移至期望位置。响应于确定档位已经被变换到期望位置，该方法恢复发动机扭矩。

另一个实施例涉及一种包括变速控制器的系统。变速控制器结构为：接收请求将档换到期望位置的档位变换请求，消除发动机扭矩至基本为零，指示档位准备好要移至期望位置，并确定档位是否已经移至期望位置。响应于确定档位已经移动到空档位置，变速控制器调节发动机速度以匹配与期望位置对应的传动比和变速器输出速度，并指示档位已准备好切换到期望位置并且确定档位是否已经移到期望位置。响应于确定档位已经被变换到期望位置，变速控制器恢复发动机扭矩。

结合附图，通过以下详细描述，这些和其他特征以及其操作的组织和方式将变得明显。

附图说明

图1A是根据第一示例实施例的用于手动变速器的变速辅助系统的示意图。

图1B是根据第二示例实施例的用于手动变速器的变速辅助系统的示意图。

图2A是根据第一示例实施例的档位选择器的示意图。

图2B是根据第二示例实施例的档位选择器的示意图。

图3A是根据第一示例实施例的具有状态指示器和换档引导指示器的操作员界面的示意图。

图3B是根据第二示例实施例的具有状态指示器和换档引导指示器的操作员界面的示意图。

图3C是根据第一示例实施例的具有档位选择器、状态指示器和换档引导指示器的操作员界面的示意图。

图3D是根据第二示例实施例的具有档位选择器、状态指示器和换档引导指示器的操作员界面的示意图。

图4是根据示例实施例的变速控制器的示意图。

图5A是示出根据示例实施例的用于升档的逻辑图的表。

图5B是示出根据示例实施例的用于滑行期间降档的逻辑图的表。

图5C是示出根据示例实施例的用于跳档降档的逻辑图的表。

图6是示出根据示例实施例的各种工作区域的图。

图7A是示出根据示例实施例的用于升档的换档辅助系统的道路测试结果的曲线图。

图7B是示出根据示例实施例的用于连贯升档的换档辅助系统的道路测试结果的曲线图。

图7C是示出根据示例实施例的用于滑行期间连贯降档的换档辅助系统的道路测试结果的曲线图。

图7D是示出根据示例实施例的用于跳档换档的换档辅助系统的道路测试结果的曲线图。

图8是根据示例实施例的用于辅助手动变速器的换档方法的流程图。

具体实施方式

为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考在附图中示出的实施例，并且将使用特定的语言来描述这些实施例。然而应该理解的是，由此并不意为限制本公开的范围，所示出的实施方式中的任何变更和进一步修改、以及如本文所示的本公开的原理的任何进一步应用，通常能被本领域技术人员通过本文预期了本公开所涉及的技术想到。

总体上参考附图，本文公开的各种实施例涉及用于辅助手动变速器的换档的系统和方法。传统上，驾驶员驾驶带有手动变速器车辆要进行一系列复杂的操作以手动换档。首先，驾驶员通过例如踩下离合器踏板来使变速器与发动机分离。然后，驾驶员将正在被啮合的齿轮移动到空档位置脱离啮合。驾驶员释放离合器踏板以重新将变速器与发动机接合，并通过油门使发动机升速以达到同步速度。当发动机达到同步速度时，驾驶员再次松开离合器，并移动变速杆以接合期望档位。这样，变速器中的离合器和其他部件由于在换档期间施加的摩擦力而受到磨损和损坏。

本系统和方法可以帮助驾驶员在不手动致动离合器的情况下换档。特别地，驾驶员要求使用档位选择器换档(升档或降档)。档位选择器可以实现为变速杆、方向盘、仪表盘等上的按钮、开关、滚轮等。或者，档位选择器可以在车载设备或移动设备的触摸屏上实现。在接收到换档请求时，车辆的电子控制单元(ECU)将发动机扭矩消除至基本为零(0)，并向驾驶员指示已准备好转换档位至空档。然后，驾驶员可以转换档位至空档位置。在确定档位已经被换到空档时，ECU调整发动机速度以匹配变速器输出轴速度，该变速器输出轴速度被修改(例如，乘以)对应于期望档位的传动比以。当发动机速度达到正确的速度时，ECU会向驾驶员指示已准备好换档到期望位置。驾驶员然后可以换档到期望档位。在进一步的实施例中，ECU可以确定当前情况下的最佳档位，以便优化燃料经济性、发动机性能、制动性能、排放等，并向驾驶员推荐最佳档位。

在辅助手动换档的系统和方法的帮助下，驾驶员无需为换档操作离合器。因此，可以减少驾驶员的工作量。可以降低离合器/变速器的磨损和维修成本。可以省略同步器，这可以进一步降低传输成本。此外，由于ECU可以精确地控制发动机扭矩和速度，因此可以提高换档质量和驾驶性能。结果，可以改善燃料经济性和性能以及排放管理。

现参照图1A，示出根据第一示例实施例的用于手动变速器的变速辅助系统的示意图。系统100可以在具有手动变速器的车辆上实现。车辆可以是任何类型的乘用车或商用车，例如汽车、卡车、运动型多功能车、跨界车、厢式货车、小型货车、汽车、拖拉机等。车辆通常还可包括燃料箱、发动机、动力总成系统、车轮、后处理系统等。

所示的变速辅助系统100包括电子控制单元(ECU)110、手动变速器120和操作员界面130，该电子控制单元(ECU)110是发动机控制单元或备用控制单元，可以通过CAN总线与发动机控制单元通信。这些组件可以通过有线连接102彼此通信，有线连接102可以是串行电缆、CAT5电缆或任何其他形式的有线连接。在一个实施例中，系统100的组件连接到车辆网络，例如控制区域网络(CAN)或制造商专有网络。每个组件被构造为向图1所示的一个或多个其他组件发送和/或接收数据(例如，指令、命令、信号、值等)，和/或从图1所示的一个或多个其他组件发送和/或接收数据(例如，指令、命令、信号、值等)。

所示的ECU 110包括处理器112、存储器114和变速控制器116。存储器114存储各种指令(和参数)，在由处理器112执行时，这些指令(和参数)控制与ECU 110相关联的发动机的运行。处理器112可以被实现为通用处理器、专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、一组处理组件、或者其他合适的电子处理组件。存储器114可以包括一个或多个有形的、非瞬态的易失性存储器或非易失性存储器，例如NVRAM、RAM、ROM、闪存、硬盘存储器等。此外，存储器114可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件或任何其他类型的信息结构。变速控制器116包括用于辅助本文中描述的换档的各种电路，其结构将在下面参考图4详细讨论。应当理解，ECU 110可以进一步控制超出本公开范围的其他发动机/车辆活动。

在运行中，ECU 110可以从遍及整个车辆定位的传感器(在该图中未示出)接收数据，接收存储在存储器114中的指令/性能参数，以及输出控制发动机的各个部件的信号。传感器可以监视与车辆运行有关的各种状态和条件，例如发动机速度、发动机扭矩、离合器位置、档位位置、加速器位置、变速器输出轴速度、排放状态、车辆速度、车辆重量、道路坡度和轮廓等。ECU 110可以通过控制每个发动机循环、点火正时、可变气门正时等发送到发动机汽缸(一个或多个)的空气和/或燃料的量来改变发动机的速度和/或扭矩。

手动变速器120示出为包括换档启动器122、空档开关124、离合器开关126和可选的档位选择器128。为了便于说明，从本图中省略了变速器120的其他部件。关于机械部件，变速器120可包括由发动机输出轴驱动的变速器输入轴和由变速器输入轴驱动的变速器输出轴。离合器可以布置在发动机输出轴与变速器输入轴之间，用于调节从发动机输出轴到变速器输入轴的扭矩传递。离合器可以由离合器开关126(例如，脚踏板或手柄)接合或分离。离合器开关126的状态通知ECU 110离合器是否通过脚踏板或手柄接合或分离。当离合器分离(例如，踩下脚踏板)时，打开离合器开关126，从而通知ECU 110变速器输入轴与发动机输出轴断开。当接合离合器(例如，脚踏板被释放)时，打开离合器开关126，从而通知ECU110变速器输入轴与发动机输出轴连接。

从变速器输入轴到变速器输出轴的扭矩传递可以通过不同的档位来调节，这些档位实现不同的传动比(即，变速器速度(如果离合器完全接合，则等于发动机速度)与变速器输出轴速度的比率)。变速器120可以通过移动换档启动器122(例如，变速杆)而在档位之间转换。换档启动器122可以放置在多个档位位置之一，包括具有各种传动比的位置和空档位置。在空档位置，没有齿轮啮合，因此没有扭矩传递到变速器输出轴。当将换档启动器122置于空档位置时，闭合空档档位开关124从而齿轮脱离接合(engaged)。当将换档启动器122放置在除了空档位置以外的位置时，打开空档档位开关124从而可以接合齿轮。

在一些实施例中，档位选择器128被实现在变速器120上用于车辆的驾驶员请求换档。图2A示出了根据第一示例实施例的档位选择器202。档位选择器202包括两个用“+”和“-”标记的按钮，它们布置在换档启动器(即变速杆)的前表面上。当需要升档时，驾驶员可以按下“+”按钮。当需要降档时，驾驶员可以按下“-”按钮。应该理解的是，档位选择器202可以以各种形式实现并且设置在变速器120的各种部件上。例如，档位选择器202可以被实现为在变速杆的前表面、上表面、侧面或两个表面上，在方向盘上等的的旋转开关、滑动开关、按钮开关、滚轮、鼠标按钮等。

图2B示出了根据第二示例实施例的档位选择器204。档位选择器204设置在变速杆的上表面，并且包括面板，该面板具有布置成网格并且由“1”、“2”、“3”、“4”、“5”和“6”标记的多个按钮区域。驾驶员可以按下具有所需数字的按钮区域以请求切换至期望档位。应该理解的是，档位选择器204可以以各种形式实现并且设置在各种部件上。例如，面板可以包括变速杆、方向盘等上的任意合适数字的按钮区域，其代表不同档位。

返回到图1A中，操作员接口130被示为包括状态指示器132、换档引导指示器134以及可选地档位选择器128。操作员界面130使驾驶员能够与ECU 110进行交互(例如，读取由ECU 110提供的信息和/或向ECU 110发送请求)。操作员界面130可以包括但不限于仪表板、控制面板、交互式显示器(例如，触摸屏等)等。状态指示器132可以指示驾驶员是否准备好移动换档启动器122。例如，状态指示器132可以指示发动机扭矩是否基本为零，使得驾驶员可以将换档启动器移动至空档位置。它还可以指示发动机速度是否已达到同步速度，以便驾驶员可以将换档启动器移至期望档位。换档引导指示器134可以指示当前档位、期望档位和/或换档方向(例如，升档、降档)。

图3A示出了具有状态指示器和换档引导指示器的操作员界面300的第一示例实施例。状态指示器被实现为灯302，可以改变其颜色以指示状态。例如，在正常驱动期间，灯302的颜色是灰色。当ECU 110处于准备换档的过程中时，例如，ECU 100正在消除用于换至空档的发动机扭矩或同步发动机速度以换至期望的档位时，灯302的颜色为黄色。因此，黄灯表示“进行中”。当准备好驾驶员换档时，即，发动机扭矩已基本消除为零或发动机速度已达到同步速度时，指示灯302的颜色为绿色。因此，绿灯表示“已启用”。当换档失败时，例如，换档时间失效时，灯302的颜色为红色。换档引导指示器包括箭头304、期望档位306和当前档位308。在一些实施例中，可以点亮和/或闪烁向上的箭头以指示换档方向是升档。可以点亮和/或闪烁向下箭头以指示换档方向为降档。

图3B示出根据第二示例实施例的具有状态指示器和换档引导指示器的操作员界面300’的第二示例实施例。操作员界面300’可以在显示单元上实现。可以更改显示屏的背景颜色以指示状态。例如，灰色背景表示驱动器正常；黄色背景表示ECU正在为换档做准备(即“进行中”)；绿色背景表示已准备好换档(即“已启用”)；红色背景表示换档失败。换档引导指示器包括箭头304、期望档位306和当前档位308。在一些实施例中，可以点亮和/或闪烁向上的箭头以指示换档方向是升档。可以点亮和/或闪烁向下箭头以指示换档方向为降档。在一些实施例中，操作员界面300’还包括发动机速度指示器310和车辆速度指示器312。

当在操作员界面130上实施时，档位选择器128可以与状态指示器和换档引导指示器一起显示。图3C示出了具有状态指示器、换档引导指示器和档位选择器的操作员界面350的第一示例实施例。状态指示器和换档引导指示器可以与图3A所示的那些相同或相似。档位选择器352包括标有“+”和“-”的按钮区域352。当需要升档时，驾驶员可以按下“+”按钮区域。当需要降档时，驾驶员可以按下“-”按钮区域。

图3D示出了具有状态指示器、换档引导指示器和档位选择器的操作员界面350的第二示例实施例。可以改变显示器的背景颜色以指示正常驱动、进行中、已启用和故障的状态，这些状态可以与图3B所示的相同或相似。向上箭头或向下箭头可以显示在区域354中以指示变速方向(即，升档或降档)。标记为“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”和“8”的按钮区域356可用于选择期望档位并显示当前档位和期望档位。例如，驾驶员可以按下由“6”标记的按钮区域以请求换档至档位“6”。与当前档位“5”相对应的按钮区域可以以粗体显示。与期望档位“6”相对应的按钮区域可以闪烁。应当理解的是，图3A至图3D是操作员界面配置的示例，而不是限制性的。可以在操作员界面上实现任何合适的配置。

现参照图1B，示出根据第二示例实施例的用于手动变速器的变速辅助系统100’的示意图。系统100’可以在具有手动变速器的车辆上实现。换档辅助系统100’示出为包括ECU110’、手动变速器120’和通过无线网络104连接的用户设备140。网络104可以促进ECU110’、变速器120’和用户设备140之间的通信，并且可以是任何合适类型的无线网络，例如蓝牙、Wi-Fi等。

ECU 110’可以包括与ECU 110相同或相似的组件，例如处理器112、存储器114和变速控制器118。ECU 110’进一步包括网络接口118，该网络接口118允许ECU 110’经由无线网络104向其他设备发送数据和从其他设备接收数据。在一些实施例中，网络接口118是CAN总线-蓝牙适配器。变速器120’可以包括与变速器120相同或相似的部件，例如换档启动器122、空档档位开关124、离合器开关126以及可选的档位选择器128。变速器120’进一步包括网络接口129，该网络接口129允许变速器120’经由无线网络104向其他设备发送数据和从其他设备接收数据。在一些实施例中，网络接口129是CAN总线-蓝牙适配器。

用户设备140是移动设备，其可以是例如智能电话、便携式媒体设备、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、个人计算机等。用户设备140可以执行与操作员界面130相同或相似的功能。用户设备140进一步包括网络接口142，该网络接口142允许用户设备140经由无线网络104向其他设备发送数据和从其他设备接收数据。用户设备140还包括允许驾驶员与用户设备140交互的用户界面144。在一些实施例中，用户界面144可以包括显示器和输入。显示器和输入可以是组合的(例如，作为触摸屏显示设备)或分立的设备。输入可以包括扬声器、键盘、通知LED、麦克风、生物特征传感器(例如，指纹扫描仪)、按钮、开关、照相机或其组合中的任何一个。用户界面144可以显示与操作员界面130相同或相似的元素，例如状态指示器132、换档引导指示器134和可选的档位选择器128。除了在显示器(例如，触摸屏)上显示之外，还可以通过扬声器另外或替代地显示状态指示器、换档器引导指示器和档位选择器。

参见图4，示出根据示例实施例的变速控制器400的示意图。变速控制器400对应于图1A和图1B的变速控制器116。变速控制器400包括用于完成本文描述的活动的各种电路402至420。在一个实施例中，变速控制器400的电路可以利用处理器112和/或存储器114来完成、执行或以其他方式实现本文描述的关于每个特定电路的各种动作。在该实施例中，处理器112和/或存储器114可以被认为是跨每个电路的共享组件。在另一个实施例中，电路(或至少一个电路)可以包括具有处理器和存储器设备的它们自身的专用处理电路。在后一实施例中，电路可以被构造为集成电路或其他集成的处理组件。在又一个实施例中，电路的活动和功能可以体现在存储器114中，或者组合在多个电路中，或者作为单个电路。关于此，尽管在图4中示出了具有特定功能的各种模块，但应该理解的是，控制器400可以包括用于完成本文描述的功能和活动的任意数量的电路。例如，多个电路的活动可以组合为单个电路，作为具有附加功能的附加电路(一个或多个)等。

本文描述的变速控制器400的某些操作包括解译和/或确定一个或多个参数的操作。如本文所使用的，解译或确定包括通过本领域中已知的任何方法接收值(包括至少接收来自数据链或网络通信的值、接收指示值的电子信号(例如，电压、频率、电流或PWM信号)、接收指示值的计算机生成的参数)、从非暂时性计算机可读存储介质上的存储位置读取值、通过本领域已知的任何方式、和/或通过接收可以计算解释的参数的值、和/或通过参考被解释为参数值的默认值接收值作为运行时间参数。

变速控制器400包括档位变换请求接收电路402、扭矩改变电路404、指示呈现电路406、档位位置检测电路408、发动机速度同步电路410以及可选地最优档位确定电路420。通过这些电路，变速控制器400被构造为辅助用于手动变速器的换档。

档位变换请求接收电路402被构造为从例如档位选择器128接收档位变换请求。可以改变档位(即，升档或降档)，以使发动机的功率与车辆的道路速度匹配。当驾驶员想要换档时，驾驶员可以操作档位选择器128以发出请求。在档位选择器128包括图2A或图3C示出的“+”和“-”按钮/开关/滚轮的一些实施例中，驾驶员可以按下“+”按钮请求升档，或者按下“-”按钮请求降档。如果驾驶员想换两档(即跳档)，则驾驶员按下按钮两次。如果驾驶员要换三档，则驾驶员应按三下按钮，依此类推。在档位选择器128包括如图2B或图3D所示的按钮区域面板的一些实施例中，驾驶员可以按压对应于期望档位的按钮区域。在两种情况下，变速引导指示器134可以显示期望的档位、当前档位数和换档方向，如图3A、3B、3C或3D所示。状态指示器132可以指示换档正在进行中，并且驱动器需要等待。例如，状态灯或显示背景可能会更改颜色以表示“进行中”。

响应于档位变换请求接收电路402接收到档位变换请求，扭矩改变电路404可以将发动机扭矩消除到基本为零。ECU可以通过控制各种发动机参数(例如，加油量、点火正时等)来控制发动机输出轴上的发动机输出扭矩。当发动机扭矩被消除为基本为零时，驾驶员可以无需离合器将换档启动器122置于空档位置。

响应于扭矩改变电路404消除发动机扭矩至基本为零，指示呈现电路406表示准备将换档启动器122移至空档。例如，指示呈现电路406可以使状态指示器132(例如，光、显示背景)改变颜色以表示“已启用”。

档位位置检测电路408被构造成检测驾驶员是否已经将换档启动器122移动到空档。在一些实施例中，档位位置检测电路408使用空档档位开关124的状态来检测档位位置。如果空档档位开关124打开，则档位位置检测电路408确定档位不在空档。如果空档档位开关124闭合，则档位位置检测电路408确定档位处于空档位置。

响应于档位位置检测电路408确定档位已经移动到空档，发动机速度同步电路410使发动机速度与期望档位匹配，并且指示呈现电路406表示同步正在进行中。发动机速度电路410可以调节发动机速度以达到同步发动机速度，该同步发动机速度可以是变速器输出轴速乘以与期望档位相对应的传动比。如果档位升档，则发动机速度同步电路410可以降低发动机速度以实现同步速度，因为在较高的档位处需要较低的发动机速度以实现相同的变速器输出轴速。如果档位降档，则发动机速度同步410可以增加发动机速度以实现同步速度，因为在较低的档位处需要较高的发动机速度以实现相同的变速器输出轴速。同步电路410可以通过控制各种发动机参数(例如加油量、点火正时等)来控制发动机输出速度。在一些实施例中，同步电路410使用期望档位和实时变速器输出轴速的变速比连续地计算和控制发动机速度。在同步处理期间，指示呈现电路406可以使状态指示器132(例如，光、显示背景)改变颜色以表示“进行中”。当发动机速度达到同步速度时，驾驶员无需使用离合器即可接合新档位。

响应于发动机速度同步电路410已经同步了发动机速度，指示呈现电路406表示准备将换档启动器122移动到期望的档位位置。例如，指示呈现电路406可以使状态指示器132(例如，光、显示背景)改变颜色以指示“已启用”。

档位位置检测电路408被构造成检测驾驶员是否已经将换档启动器122移动到期望档位。响应于档位位置检测电路408检测到档位已经被换档至期望位置，扭矩改变电路404可以使发动机扭矩从基本为零恢复。ECU可以通过控制各种发动机参数(例如加油量、点火正时等)来控制发动机输出轴上的发动机输出扭矩。在恢复发动机扭矩之后，可以将车辆的控制返回给驾驶员。在一些实施例中，驾驶员可以中断辅助换档的过程。例如，在辅助的任何阶段，如果驾驶员通过例如踩下离合器踏板来打开离合器开关126，则控制返回给驾驶员。

在一些实施例中，变速控制器400包括最佳档位确定电路420，其被构造成确定变速器的最佳档位。在一些实施例中，基于多个因素(包括发动机性能、制动功率、燃料图、排放、动力总成配置、车辆重量、道路纵断面和交通状况)中的至少一些来确定最佳档位。确定最佳档位的过程将参考图6更详细地讨论。如果当前档位与最佳档位确定电路420给定时间内(例如1分钟)所确定的最佳档位不同，则指示呈现电路406可以将最佳档位推荐给驾驶员。例如，换档引导箭头(例如，图3A、图3B或图3C中的304或图3D中的354)可以闪烁和/或对应于最佳档位的按钮区域(例如，图3A、图3B或图3C中的306或图3D中的356)可以点亮几秒钟(例如5秒)。如果驾驶员然后请求换档，则电路402至410可以如上所述协助换档。如果驾驶员在一段时间(例如3分钟)内未请求换档，则ECU可能会限制发动机扭矩和/或发动机速度以迫使驾驶员换档。在一些实施例中，最佳档位确定电路420考虑各种因素，例如发动机性能、制动功率、燃料图、排放逻辑、动力总成配置、车辆重量、道路纵断面/图和交通状况，连续计算最佳档位。

现参照图5A，示出根据示例实施例的用于从3升档到4的逻辑图的表。换档前，驾驶员驾驶当前档位为3的车辆。档位不在空档位置(例如，空档档位开关打开)。发动机速度和扭矩对应于档位3。驾驶员通过请求经档位选择器升档至档位4(例如，按下“+”按钮或“4”按钮区域)来开始换档过程。尽管当前档位仍为3，但期望档位变为4。状态指示灯指示“进行中”(例如，颜色为黄色)。ECU开始消除发动机扭矩。当发动机扭矩达到基本为零时，同步指示灯会显示“已启用”(例如，颜色为绿色)。驾驶员将换档启动器(例如，变速杆)移动到空档位置。在空档位置，ECU开始使发动机速度同步，以匹配对应于档位4的传动比和当前变速器的输出速度。由于与档位4相对应的传动比小于与档位3相对应的传动比，因此ECU降低了发动机速度。同步指示灯指示“进行中”。当发动机速度达到同步速度时，同步指示灯将显示“已启用”。驾驶员将换档启动器换至期望档位4。在档位4，ECU开始恢复发动机扭矩。同步指示灯表示“进行中”。当扭矩恢复后，控制权返回给驾驶员。

参照图5B，示出根据示例实施例的用于在滑行期间从4降档到3的逻辑图的表。换档前，驾驶员驾驶当前档位为4的车辆。档位不在空档位置(例如，空档档位开关打开)。发动机速度和扭矩对应于档位4。驾驶员通过请求通过档位选择器降档至档位3(例如，按下“-”按钮或“3”按钮区域)来开始换档过程。尽管当前档位仍为4，但期望档位变为3。同步灯指示“进行中”(例如，颜色为黄色)。ECU开始消除发动机扭矩。(在车辆滑行时，发动机扭矩可能为负。)当发动机扭矩达到基本为零时，同步指示灯会显示“已启用”(例如，颜色为绿色)。驾驶员将换档启动器(例如，变速杆)移动到空档位置。在空档位置，ECU开始使发动机速度同步，以匹配对应于档位3的传动比和当前变速器的输出速度。由于与档位3相对应的传动比大于与档位4相对应的传动比，因此ECU增加了发动机速度。同步指示灯指示“进行中”。当发动机速度达到同步速度时，同步指示灯将显示“已启用”。驾驶员将换档启动器换至期望档位3。在档位3，ECU开始恢复发动机扭矩(例如，回复到负)。同步指示灯指示“进行中”。当扭矩恢复后，控制权返回给驾驶员。

参照图5C，示出根据示例实施例的用于从5到3跳档降档的逻辑图的表。当车辆在满油门的情况下上坡但发动机无法提供足够的动力时，可能需要跳档降档。换档前，驾驶员驾驶当前档位为5的车辆。档位不在空档位置(例如，空档档位开关打开)。发动机速度和扭矩对应于档位5。驾驶员通过请求通过档位选择器降档至档位3(例如，按两下“-”按钮或按“3”按钮区域)来开始换档过程。尽管当前档位仍为5，但期望档位变为3。同步灯指示“进行中”(例如，颜色为黄色)。ECU开始消除发动机扭矩。当发动机扭矩达到基本为零时，同步指示灯表示“已启用”(例如，颜色为绿色)。驾驶员将换档启动器(例如，变速杆)移动到空档位置。在空档位置，ECU开始使发动机速度同步，以匹配对应于档位3的传动比和当前变速器的输出速度。由于与档位3相对应的传动比大于与档位5相对应的传动比，因此ECU增加了发动机速度。同步指示灯表示“进行中”。当发动机速度达到同步速度时，同步指示灯将显示“已启用”。驾驶员将换档启动器换至期望档位3。在档位3，ECU开始恢复发动机扭矩。同步指示灯表示“进行中”。当扭矩恢复后，控制权返回给驾驶员。

如以上参考图4所讨论的，变速控制器400包括最佳档位确定电路420，该最佳档位确定电路420被构造成基于多个因素(发动机性能、制动动力、燃料图、排放、动力总成配置、车辆重量、道路纵断面和交通状况)中的至少一些来确定用于变速器的最佳档位。在一些实施例中，做出决定以获得最佳燃料经济性。图6根据示例实施例示出了与发动机速度和发动机扭矩的各种组合相对应的各种工作区域。曲线602下方的区域是发动机速度和扭矩的组合可以达到的区域。如果发动机速度和发动机扭矩的组合落入“性能区域”，则表示车辆的加速力很强。当发动机速度稳定时，发动机速度和发动机扭矩的组合可能会落入“经济区”、“降档区”或“升档区”。在“经济区”，燃油得到有效利用。在“降档区”，因此发动机动力性能是不理想的，并且可以通过降档来提高。在“升档区”，燃油经济性不理想，可以通过升档来提高燃油经济性。

如果发动机在“降档区”或“升档区”中运行了预定的时间段(例如1分钟)，则ECU可能会敦促驾驶员换档，例如，使换档箭头和/或期望档位数闪烁。如果发动机长时间(例如3分钟)在“降档区”或“升档区”中运行，则ECU可能会逐渐减少加油量以限制发动机速度和/或扭矩，从而迫使驾驶员换档。以下坡情况为例。当车辆下坡且启用了发动机制动时，ECU根据发动机制动性能、车辆速度和变化率(即加速或减速)、车辆重量和道路坡度，计算出最佳档位，以实现安全且几乎恒定的车辆速度。计算出的最佳档位可能与当前档位相差1档或更多。ECU可能会闪烁换档箭头或期望档位数，以促使驾驶员正确使用发动机制动器。如果车速连续增加并且发动机速度低于额定速度时，则最佳档位低于当前档位，驾驶员可以降档以增加发动机速度，从而增加发动机制动功率。如果车速连续降低并且发动机速度接近额定速度(这说明发动机制动功率过高)时，则最佳档位高于当前档位，驾驶员可以升档以降低动机速度，从而减少发动机制动功率。如果发动机速度高于额定速度，则ECM可能会促使驾驶员将档位切换到比当前档位高1或2档，以降低发动机速度，以防止出现发动机超速的风险。

本文所公开的方法和系统在车辆上进行了测试。图7A至7D示出了测试结果。图7A示出了在ECU的辅助下将档位从3升至4的道路测试结果。图7B示出了从1一直到5的连续升档的道路测试结果。图7C示出了在车辆滑行期间从5一直到1的连续降档的道路测试结果。图7D显示了从1到3、3到5，然后从5换回3的道路测试结果。每个图上都显示代表实际发动机速度、参考发动机速度、发动机扭矩、车速和档位的曲线。可以看出，在ECM的帮助下，达到了基本为零的扭矩，并且实际发动机速度很快被调整为匹配参考发动机速度。

现参考图8，示出根据一实施例的用于辅助手动变速器的换档的方法的流程图800。方法800可以由图1A和1B的变速控制器116以及在ECU上实现的图4的变速控制器400执行。

在运行中，从例如档位选择器(例如，档位选择器128)接收到换档请求。可以改变档位(即，升档或降档)，以使发动机的功率与车辆的道路速度匹配。当驾驶员想要换档时，驾驶员可以操作档位选择器128以发出请求。在档位选择器包括图2A或图3C示出的“+”和“-”按钮/开关/滚轮的一些实施例中，驾驶员可以按下“+”用于升档，或者按下“-”按钮用于降档。如果驾驶员想换两档，则驾驶员应按两次按钮。如果驾驶员要换三档，则驾驶员应按三下按钮，依此类推。在档位选择器包括如图2B或图3D所示的按钮区域面板的一些实施例中，驾驶员可以按压期待档位数。

在操作804，发动机扭矩被消除为基本为零。响应于在操作802处接收到的换档请求，ECU可以将发动机扭矩消除到基本为零。ECU可以通过控制各种发动机参数(例如，加油量、点火正时等)来控制发动机输出轴上的发动机输出扭矩。当发动机扭矩被消除到基本为零时，驾驶员可以无需离合器将换档启动器置于空档位置。

在操作806，ECU表示准备好将档位移动到空档位置。响应于发动机扭矩基本消除为零，ECU促使驾驶员将档位移至空档。例如，ECU可以使换档引导指示器(例如，灯光、显示背景)改变颜色以表示“已启用”。

在操作808，ECU确定档位是否已经移动到空档位置。在一些实施例中，ECU使用空档档位开关的状态来检测档位。如果空档档位开关打开，则ECU会确定档位不在空档位置。如果空档档位开关关闭，则ECU确定档位处于空档位置。

响应在操作808处确定的档位尚未移动到空档位置，ECU在操作810确定切换档位的时间是否已失效。例如，如果在一分钟内档位仍未移至空档位置，则ECU确定该时间已失效。响应于在操作810处确定的时间尚未失效，ECU继续检查档位是否已经移动到空档位置。响应于在操作810确定时间已失效，在操作812处辅助过程结束。特别是，ECU可以保留换档辅助功能，将发动机控制权交还给驾驶员，并适当地响应油门踏板和离合器。在一些实施例中，ECU可以指示该换档失败并等待下一个换档辅助请求。

响应于在操作808处确定的档位已经移动到空档位置，ECU在操作820处调整发动机速度以匹配对应于期望位置的传动比和变速器输出速度。换言之说，调节发动机速度以达到同步发动机速度，该同步发动机速度可以是变速器输出轴速乘以与期望档位相对应的传动比。如果档位升档，则ECU可以降低发动机速度以实现同步速度，因为在较高的档位处需要较低的发动机速度以实现相同的变速器输出轴速。如果档位降档，则ECU可以增加发动机速度以实现同步速度，因为在较低的档位处需要较高的发动机速度以实现相同的变速器输出轴速。ECU可以通过控制各种发动机参数(例如加油量、点火正时等)来控制发动机输出速度。在一些实施例中，ECU使用期望档位和实时变速器输出轴速的变速比连续地计算和控制发动机速度。当发动机速度达到同步速度时，驾驶员无需使用离合器即可接合新档位。

在操作822，ECU表示准备好将档位移动到期望档位。响应于发动机速度达到同步速度，ECU促使驾驶员将档位移至期望位置。例如，ECU可以使换档引导指示器(例如，灯光、显示背景)改变颜色以表示“已启用”。

在操作824，ECU确定档位是否已经移动到期望档位。响应在操作824处确定稍微档位尚未移动到空档位置，ECU在操作826确定切换档位的时间是否已失效。例如，如果在一分钟内档位仍未移至期望档位，则ECU确定该时间已失效。响应于在操作826处确定时间尚未失效，ECU继续检查档位是否已经移动到空档位置。响应于在操作826处确定的时间已失效，在操作828辅助过程结束。特别是，ECU可以保留换档辅助功能，将发动机控制权交还给驾驶员，并适当地响应油门踏板和离合器。在一些实施例中，ECU可以表示该换档失败并等待下一个换档辅助请求。

响应于在操作824处确定的档位已经被换档到期望位置，ECU在操作830从基本零恢复发动机扭矩。ECU可以通过控制各种发动机参数(例如加油量、点火正时等)来控制发动机输出轴上的发动机输出扭矩。当操作830完成，则辅助过程结束并且车辆控制权返回给驾驶员。

应该理解的是，本文中主张的元件不应根据35U.S.C.§112(f)的规定来解释，除非使用短语“用于.....”明确叙述该元件。上文描述的示意性流程图和方法示意图通常被阐述为逻辑流程图。如此，所描绘的顺序和标记的步骤表明代表性实施例。其他步骤、顺序和方法可以被设想为在功能、逻辑或效果上等同于示意图中所示方法的一个或多个步骤或其部分。此外，在整个说明书中对“一个实施例”、“示例的实施例”或类似语言的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中出现的短语“在一个实施例中”、“在示例的实施例中”和类似语言可以但不是必须全部指代相同的实施例。

此外，提供的格式和符号用于解释示意图的逻辑步骤，并且理解为不限制图中所示方法的范围。尽管在示意图中可以使用各种箭头类型和线型，但是应被理解为不限制相应方法的范围。事实上，可使用一些箭头或其他连接器仅用于指示方法的逻辑流程。例如，箭头可以指示所示方法的枚举步骤之间的未指定持续时间的等待或监视时段。此外，特定方法发生的顺序可能严格遵守或不严格遵守所示相应步骤的顺序。还将注意到，框图和/或流程图中的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统来，或专用硬件和程序代码的组合实现。

本说明书中描述的许多功能单元已被标记为电路，以便更加特别强调它们的实现独立性。例如，电路可以实现为包括定制超大规模集成(VLSI)电路或门阵列的硬件电路，诸如逻辑芯片、晶体管或其他分立部件的现成半导体。电路还可以在诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件等的可编程硬件设备中实现。

如上所述，电路还可以在机器可读介质中实现以供各种类型的处理器(诸如图2的控制器200)执行。可执行代码的识别电路例如可以包括一个或多个物理或逻辑计算机指令块可以例如组织为对象、过程或功能。尽管如此，识别电路的可执行文件不需要物理地位于一起，而是可以包括存储在不同位置的不同指令，这些指令在逻辑上连接在一起时构成电路并实现电路的陈述目的。实际上，计算机可读程序代码电路可以是单个指令或多个指令，甚至可以分布在几个不同的代码段，不同的程序之间，以及几个存储器设备上。类似地，运行数据可以在本文中在电路内被识别和说明，并且可以以任何合适的形式来体现并且被组织在任何适当类型的数据结构内。运行数据可以作为单个数据集被收集，或者可以分布在不同位置上(包括不同存储设备)，并且可以(至少部分地)仅作为电子信号存在在系统或网络上。

计算机可读介质(在此也称为机器可读介质或机器可读内容)可以是存储计算机可读程序代码的有形计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的、全息的、微机械的或半导体系统、装置或设备，或前述的任何适当的组合。如上所述，计算机可读存储介质的示例可以包括但不限于便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)、光存储设备、磁存储设备、全息存储介质、微机械存储设备或前述的任何合适的组合。在本文件的上下文中，计算机可读存储介质可以是可包含和/或存储供指令执行系统、装置或设备使用和/或结合其使用的计算机可读程序代码的任何有形介质。

用于执行本发明的各个方面的操作的计算机可读程序代码可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写，所述程序设计语言包括诸如Java、Smalltalk、C++等的面向对象的程序设计语言和常规的程序性程序设计语言诸如“C”编程语言或类似的编程语言。

程序代码还可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指导计算机，其他可编程数据处理设备或其他设备以特定方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现在示意性流程图和/或示意性框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的指令。

因此，可以在不脱离其精神或基本特征的情况下以其他具体形式来体现本公开。所描述的实施例在所有方面仅被认为是说明性的而非限制性的。因此，本公开的范围由所附权利要求而不是由前面的描述来指示。在权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化都将被包含在其范围内。

Claims (20)

1.一种用于辅助车辆手动变速器换档的装置，其特征在于，该装置包括：

档位变换请求接收电路，所述档位变换请求接收电路构造成从档位选择器接收档位变换请求，其中，所述档位变换请求请求将档位变换至期望位置；

扭矩改变电路，所述扭矩改变电路构造成改变发动机扭矩；

指示呈现电路，所述指示呈现电路构造成向驾驶员显示档位是否准备好移动的指示；

档位位置检测电路，所述档位位置检测电路构造成响应于所述指示来确定档位是否已经移动；和

发动机速度同步电路，所述发动机速度同步电路构造成调节发动机速度以匹配与期望位置相对应的传动比和变速器输出速度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转矩改变电路被构造为：

响应于接收到的所述档位变换请求，将所述发动机扭矩消除到基本为零；和

响应于所述档位换档到期望位置，恢复所述发动机扭矩。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述指示呈现电路被构造为：

响应于所述发动机扭矩基本为零，指示所述档位已准备好移至空档位置；和

响应于所述发动机速度匹配与期望位置对应的传动比和所述变速器输出速度而指示所述档位已准备好移至所述期望位置。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述档位位置检测电路中被构造为：

响应于指示所述档位准备好被移动到所述空档位置，确定所述档位是否已经移动到所述空档位置；和

响应于指示所述档位已准备好被移至所述期望位置，确定所述档位是否已被移至所述期望位置。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述发动机速度同步电路被构造成响应于所述档位被移动到所述空档位置而调节所述发动机速度以使其匹配与所述期望位置对应的传动比和所述变速器输出速度。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括最优档位确定电路，所述最优档位确定电路被构造成基于多个因素中的至少一些来确定所述期望位置，其中，所述指示呈现电路还被构造成响应于所述期望位置与所述档位的当前位置不同而向驾驶员指示所述期望位置。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述多个因素至少包括发动机性能、制动功率、燃料图、排放、动力总成配置、车辆重量、道路纵断面和交通状况。

8.一种用于辅助车辆的手动变速器换档的方法，其特征在于，该方法包括：

从换档选择器接收档位变换请求，其中，所述档位变换请求请求将档位变换至期望位置；

消除发动机扭矩至基本为零；

指示档位已准备好移至空档位置；

确定档位是否已经移动到所述空档位置；

响应于确定档位已经被移动到所述空档位置，调节发动机速度以匹配对应于所述期望位置的传动比和变速器输出速度；

指示所述档位已准备好移到所述期望位置；

确定所述档位是否已经移动到所述期望档位；

响应于确定所述档位已经被换档到所述期望位置，恢复所述发动机扭矩。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述档位是否已经移动到所述空档位置包括：确定空档档位开关的状态。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，调节所述发动机速度包括将所述发动机速度调节为同步速度，该同步速度是所述变速器输出速度乘以与所述期望位置相对应的传动比。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

基于多个因素中的至少一些来确定所述期望位置；和

响应于所述期望位置不同于所述档位的当前位置而向驾驶员推荐所述期望位置。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多个因素至少包括发动机性能、制动功率、燃料图、排放、动力总成配置、车辆重量、道路纵断面和交通状况。

13.一种系统，其特征在于，所述系统包括：

变速控制器，所述变速控制器被构造为：

接收请求将档换到期望位置的档位变换请求；

消除发动机扭矩至基本为零；

指示所述档位已准备好移至空档位置；

确定所述档位是否已经移动到所述空档位置；

响应于确定所述档位已经被移动到所述空档位置，调节发动机速度以匹配对应于期望位置的传动比和变速器输出速度；

指示所述档位已准备好换挡到所述期望位置；

确定所述档位是否已经移动到所述期望档位；

响应于确定所述档位已经被移动到所述期望位置，恢复所述发动机扭矩。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，还包括档位选择器，所述档位选择器构造成将所述档位变换请求发送至所述变速控制器。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述档位选择器使驾驶员能够选择升档或降档。

16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述档位选择器使驾驶员从多个档位位置中选择所述期望位置。

17.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，还包括空档档位开关，其中，所述变速控制器构造成通过确定所述空档档位开关的状态来确定所述档位是否已经移动到所述空档位置。

18.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，还包括用户界面，所述用户界面被构造为与驾驶员交互，其中，所述变速控制器被构造为通过所述用户界面呈现指示。

19.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述变速控制器进一步构造为：

基于多个因素中的至少一些来确定所述期望位置；

响应于所述期望位置不同于所述档位的当前位置而向驾驶员推荐所述期望位置。

20.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述多个因素至少包括发动机性能、制动功率、燃料图、排放、动力总成配置、车辆重量、道路纵断面和交通状况。

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