CN113074246B - 用于手动变速器的换挡辅助系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种在对于手动变速器的进行挡位选择方面辅助操作者的换挡辅助系统、方法和设备。提供推荐的挡位选择来降低发动机转速同时维持车辆的输出功率和地面速度。

Description

用于手动变速器的换挡辅助系统

背景技术

具有手动变速器的车辆需要操作者输入所需的挡位以提供期望的驾驶性能。期望在辅助操作者挡位选择方面的进一步改进以改进车辆燃料经济性、车辆驾驶性能以及操作者便利性。

发明内容

本申请公开了用于手动变速器的对车辆操作者有用的各种挡位选择辅助特征。该车辆包括换挡辅助系统，其包括用于选择挡位的换挡器（shifter）以及输出端，其向操作者提供（一个或多个）推荐的挡位选择。

在一个实施例中，（一个或多个）推荐的挡位选择包括其中发动机转速降低同时维持满足扭矩需求和车辆速度要求的能力的挡位选择推荐。电子信号可从处理一个或多个输入以确定（一个或多个）推荐的挡位选择的控制单元发送到显示单元。

在一个实施例中，显示单元显示当前挡位、当前发动机转速、目标挡位和目标发动机转速中的一者或多者。在一个实施例中，显示单元设置在车辆的仪表盘显示器上。在一个实施例中，显示单元是移动装置、智能电话、平板电脑、计算机或不是车辆的一部分但可由操作者接近的其他电子单元。

在一个实施例中，功率缓冲区与（一个或多个）推荐的挡位选择相关联，以确保扭矩需求或功率输出要求的变化可通过车辆在（一个或多个）推荐的挡位选择处的操作来满足。在一个实施例中，如果发动机负荷大于发动机最大扭矩输出的阈值百分比，则施加额外的下垂（droop）以用于换高速挡。

提供此概述来介绍下面在说明性实施例中进一步描述的概念的选择。此概述既不旨在识别要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作在限制要求保护的主题的范围方面的帮助。另外的实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得从以下描述和附图中显而易见。

附图说明

图1是具有换挡辅助系统的车辆的示意图，该换挡辅助系统与显示单元、发动机、变速器和用于发动机和变速器的控制单元连接。

图2是换挡控制单元的一个实施例的原理图。

图3是示出基于发动机转速和扭矩的各种换挡区域的图表。

图4是用于确定换高速挡至更高挡位的推荐的过程的一个实施例的流程图。

图5是示出在换高速挡至更高挡位时的下垂施加的扭矩曲线的图表。

图6是用于确定换高速挡至更高挡位的推荐的过程的一个实施例的流程图。

具体实施方式

出于促进对本发明的原理的理解的目的，现在将参考在附图中图示的实施例，并且将使用特定的语言对其进行描述。然而将理解，不旨在藉此限制本发明的范围，本文中设想了对所图示的实施例的任何更改和另外的修改，以及其中所图示的本发明的原理的任何另外的应用，如本发明涉及的领域的技术人员通常将想到的。

本申请中公开了一种车辆10，其具有内燃发动机12、手动变速器14、电子控制单元16、显示单元18、换挡辅助系统20以及变速器控制单元22，诸如图1中所示。换挡辅助系统20包括换挡控制单元30和换挡器50，所述换挡器50具有可由车辆10的操作者或驾驶员操作以选择用于手动变速器14的下一个挡位的挡位选择布置。响应于来自换挡控制单元30的在显示单元18上显示以引导车辆10的手动变速器14的挡位选择的一个或多个输出，由操作者手动操作换挡器50。

例如，当操作者期望换挡时，操作者手动致动换挡器50上的（一个或多个）挡位选择器以进行换高速挡或换低速挡，或者来选择空挡、倒挡或驻车挡（park）。然后将对应的换高速挡或换低速挡或者其他选择的电子信号发送到换挡控制单元30。换挡控制单元30诸如通过变速器控制单元22可操作地连接到手动变速器14。变速器控制单元22可将关于手动变速器14的数据提供给换挡控制单元30，该数据诸如尾轴转速、空挡开关、当前挡位状态等。换挡控制单元30还可连接至诸如发动机控制模块（ECM）或其他控制单元之类的电子控制单元16，使得ECM或其他控制单元从换挡控制单元30接收到关于操作者期望换挡到哪个挡位的指示。换挡控制单元30可用CAN总线或其他合适的通信系统连接至电子控制单元16。电子控制单元16接收发动机数据32，并且可控制发动机扭矩34和发动机转速35以匹配下一挡位的要求，因此操作者可在不按压离合器的情况下换挡。然而，不排除采用离合器的应用。

换挡器50连接至换挡控制单元30，所述换挡控制单元30可嵌入到换挡器50的手柄构件中或车辆10中的任何合适的位置处。换挡器50还用诸如连杆、线缆或其他连接布置之类的连接件36连接至手动变速器14。在其他实施例中，换挡控制单元30设置在车辆仪表盘或其他系统的控制单元（诸如发动机或变速器控制单元）中。换挡控制单元30以各种方式（包括但不限于诸如线缆和数据链（CAN总线）之类的硬件，以及诸如蓝牙、WiFi、NFC之类的无线连接38、39或其他合适的无线通信协议）与换挡器50和（一个或多个）控制单元（诸如发动机控制单元16、显示单元18、变速器控制单元22）以及车辆中的其他装置连接并通信。

显示单元18可位于仪表板或对操作者而言的其他容易查看的位置中，或者可以是便携式装置，诸如智能电话、平板电脑、计算机等。显示单元18包括一个或多个显示特征以向操作者提供信息，诸如根据本公开确定的推荐的挡位选择。显示特征可包括例如当前挡位18a、当前发动机转速18b、目标挡位18c和目标发动机转速18d中的一者或多者。还可提供其他信息，诸如换挡方向、车辆速度、换挡状态、启用换挡的指示、换挡故障等。显示单元18可包括收发器19来以无线或有线连接的方式从换挡控制单元30和/或车辆10的其他控制单元接收显示数据。

换挡辅助系统20的换挡控制单元30可被配置成确定推荐的挡位选择，以降低发动机12的当前转速同时维持发动机12的功率输出和车辆10在由发动机12推进时的地面速度两者。例如，在图2中示出换挡控制单元30，其被配置成在其存储器中编程有发动机12的一个或多个转速图和用于手动变速器14的挡位表。挡位表可包括例如挡位的多个范围、每个范围中的多个挡位、每个挡位的从发动机12到后轮的总传动比以及每个挡位的从发动机12到后轮的传动效率。

一些车辆10包括许多不同的挡位，以向操作者提供对于车辆10的地面速度的更高程度的控制。例如，挡位的总数可包括划分为3个或更多个挡位范围的二十个或更多个挡位。挡位范围可与车辆的不同操作状况相关联，使得一个挡位范围可与适合于车辆的一种应用（例如，农用车辆的种植操作）的挡位相关联，并且另一个挡位范围可与适合于车辆的不同应用（例如，在公路上行进的农用车辆）的挡位相关联。操作者通常基于车辆10的预期应用来选择适当的挡位范围。本公开辅助操作者在该挡位范围内选择特定的挡位，该特定的挡位将提供改进的燃料经济性同时维持车辆10的地面速度和发动机12的功率输出。

换挡控制单元30可在车辆10的操作期间接收一个或多个输入，诸如当前发动机转速、当前发动机扭矩输出、当前车辆速度以及当前挡位。使用发动机转速图和挡位表，换挡控制单元30可确定目标发动机转速、目标发动机扭矩和目标挡位，所述目标挡位允许维持车辆10的地面速度和发动机12的功率输出。在某些操作状况下，换挡控制单元30分析操作者所选择的挡位范围中的较高挡位，以确定换高速挡至目标挡位是否将降低发动机转速并且增加发动机扭矩输出同时允许维持车辆地面速度和发动机功率输出。如果确定这样的挡位是可用的，则换挡控制单元30输出目标挡位以用于在显示单元18上显示给操作者，使得操作者可做出推荐的选择。

在车辆10的操作期间，可基于诸如图3中通过图表60所示的发动机转速和输出扭矩用换挡辅助系统20将操作者引导至初始挡位选择。例如，换挡辅助系统20可指示操作者在发动机以较高扭矩操作的某些较低的发动机转速状况下使手动变速器14换低速挡，并且响应于某些较高的发动机转速状况而使手动变速器14换高速挡。“保持”区域设置在换高速挡区域和换低速挡区域之间，在其中维持挡位选择。然而，使用由图表60提供的换挡引导不确保在换挡之后的车辆地面速度和输出功率是未改变的，并且一旦处于“保持”区域中就不提供挡位选择的优化。

参考图4，提供了在车辆10的操作期间可通过换挡辅助系统20实现的过程100。过程100包括操作102以将手动变速器14换挡到“保持”区域，诸如以上讨论的图表60。过程100还包括在图表60的“保持”区域中操作的同时维持车辆10的功率的操作104和维持车辆10的地面速度的操作106。

过程100在操作108处继续，以基于一个或多个输入找到优化的挡位，诸如以上关于图2讨论的。在某些操作状况下，优化的挡位是从当前挡位的换高速挡，以降低发动机转速同时维持功率输出和地面速度。过程100在操作110处继续，以在推荐的换高速挡之后确定可用的功率缓冲区。例如，功率缓冲区可为0%，使得换高速挡之后的目标扭矩仅小于该挡位中的最大扭矩。在另一个示例中，功率缓冲区可为5%，使得目标扭矩是最大扭矩的95%，并且当下一个挡位中的目标扭矩小于该挡位中的最大扭矩的95%时进行换高速挡。在另一个示例中，功率缓冲区可为10%，使得目标扭矩是最大扭矩的90%，并且当下一个挡位中的目标扭矩小于该挡位中的最大扭矩的90%时进行换高速挡。也可采用除具体公开的功率缓冲区之外的功率缓冲区。

过程100在条件式112处继续，以确定是否启用了换挡。例如，如果车辆的动力输出装置或液压系统是激活的，则可能会禁用换高速挡，因为此类状况下的换高速挡可能是不期望的。如果条件式112为否，则过程100在操作114处继续，以维持当前挡位。如果条件式112为是，则过程100在条件式116处继续，以确定当前负荷或扭矩是否大于发动机12的最大负荷或扭矩的阈值量。如果条件式116为否，则过程100在操作120处继续，以换高速挡至更高挡位。如果条件式116为是，则过程100在操作118处施加额外的下垂，然后继续行进至操作120。

图5包括扭矩曲线152的图表150，其示出当发动机扭矩158大于最大扭矩Tmax的85%时的下垂施加160。下垂施加160为发动机12提供大于高扭矩发动机转速154的等时转速156，以便换高速挡至较高挡位不会产生车辆10的地面速度或输出功率的滞后或突然下降。其他实施例设想下垂可以在大于或小于最大扭矩的85%的百分比时施加。

图6包括类似于过程100的过程200，所述过程200确定并输出用于手动变速器14的挡位中的推荐的换高速挡，以降低发动机转速同时维持车辆10的输出功率和地面速度。如本文所用，维持输出功率和/或地面速度不要求输出功率和/或地面速度在换高速挡之前和之后是相等的，而是要求在换高速挡之前输出功率和/或地面速度保持在输出功率和/或地面速度的可接受范围处或所述可接受范围之内，使得性能不会以不可接受的方式受到影响。

过程200在202处开始，并且包括操作204，以在车辆10的操作期间接收一个或多个输入，诸如发动机12的当前发动机转速、手动变速器14的当前挡位、发动机12的当前输出扭矩以及车辆10的当前地面速度。所述一个或多个输入可在诸如电子控制单元16或换挡辅助系统20的换挡控制单元30之类的控制器处被接收。过程200在操作206处继续，以基于所述一个或多个输入计算发动机12的输出功率。

过程200在操作208处继续，以基于输入的车辆速度查找在当前挡位范围中的每个挡位处的发动机12的发动机转速。可使用例如发动机转速图210查找发动机转速。过程200在操作212处继续，以计算在挡位范围中的每个挡位处的发动机12的当前扭矩和最大扭矩。然后过程200在操作214处继续，以分析挡位范围中的较高挡位以确定是否可通过利用降低发动机转速但增加发动机12的输出扭矩的较高挡位来维持车辆速度和输出功率。

在条件式216处，过程200确定发动机12的当前扭矩输出是否大于发动机12的最大扭矩的阈值量达阈值时间量。在一个示例中，阈值输出扭矩为发动机12的最大扭矩的95%达大于10秒。如果条件式216为否，则过程200在操作218处继续，以推荐保持在当前挡位处。如果条件式216为是，则过程200在操作220处继续，以推荐挡位中的换高速挡。

过程200在操作222处继续，以取决于条件式216计算当前挡位处或换高速挡的挡位处的目标发动机转速。过程200还包括操作224，以计算用于目标发动机转速的目标齿轮传动比；以及操作226，以诸如从挡位表228查找用于目标齿轮传动比的目标挡位。然后，在操作230处诸如通过显示单元18将建议的挡位输出给操作者。

过程200在条件式232处继续，以通过评估发动机12的当前扭矩是否大于最大扭矩的阈值量（诸如大于最大扭矩的85%）来确定是否将施加额外的下垂。如果条件式232为否，则过程200在操作234处继续，并且不施加下垂。如果条件式232为是，则过程200在操作236处继续以施加下垂。过程200从操作234或操作236返回到操作204，以在车辆10正在操作的同时继续评估用于换高速挡机会的操作状况。

本文中公开的控制架构和过程为控件提供信号和灵活性，来以对于燃料效率的优化的方式推荐挡位换高速挡，同时维持车辆10沿路线的性能和/或驾驶性能。可推翻对于挡位换高速挡的推荐，以便但不限于在车辆的液压系统或动力输出装置系统运行时提供维持或增加性能的能力；和/或提供维持当前挡位选择达阈值时间段的能力。

发动机控制单元16、变速器控制单元22和/或换挡控制单元30可被构造来控制包括发动机12和/或变速器14的车辆动力传动系统的命令参数。在某些实施例中，发动机控制单元16、变速器控制单元22和/或换挡控制单元30可为处理子系统的一部分，所述处理子系统包括具有存储器、处理和通信硬件的一个或多个计算装置。发动机控制单元16、变速器控制单元22和/或换挡控制单元30可为单个装置或分布式装置，并且发动机控制单元16、变速器控制单元22和/或换挡控制单元30的功能可由硬件或软件执行。发动机控制单元16、变速器控制单元22和/或换挡控制单元30可包括数字电路、模拟电路或这两种类型的混合组合。发动机控制单元16、变速器控制单元22和/或换挡控制单元30可包括为保持清晰而未示出的一个或多个算术逻辑单元（ALU）、中央处理单元（CPU）、存储器、限制器、调节器、滤波器、格式转换器等。

此外，发动机控制单元16、变速器控制单元22和/或换挡控制单元30可以是可编程的、集成状态机或它们的混合组合。在至少一个实施例中，发动机控制单元16、变速器控制单元22和/或换挡控制单元30是可编程的，并且根据由诸如软件或固件之类的编程指令所限定的操作逻辑来执行控件和处理数据。可替代地或另外地，用于发动机控制单元16、变速器控制单元22和/或换挡控制单元30的操作逻辑可至少部分地由硬连线逻辑或其他硬件限定。应当了解，发动机控制单元16、变速器控制单元22和/或换挡控制单元30可专门致力于控制车辆动力传动系统，或者可进一步用于车辆的一个或多个其他子系统或方面的调节、控制和/或激活。

设想了本申请的各种方面和实施例。这些方面和/或实施例中的一个或多个可与本申请的一个或多个其他方面或实施例整体地或部分地结合。示例包括但不限于以下内容，并且可包括本文描述的任何特征。

根据一个方面，提供了一种用于包括内燃发动机的车辆的手动变速器的换挡辅助系统。换挡辅助系统包括换挡器，该换挡器能够操作以选择用于操作车辆的手动变速器的挡位。换挡系统还包括控制单元，该控制单元被配置成响应于在手动变速器处于当前挡位的情况下与推进车辆的内燃发动机相关联的一个或多个输入而确定推荐的挡位，以降低内燃发动机的当前转速。换挡辅助系统还包括显示单元，显示单元被配置成从控制单元接收推荐的挡位，并且向车辆的操作者显示推荐的挡位。

在一个实施例中，一个或多个输入包括内燃发动机的当前转速、车辆的当前速度、内燃发动机的输出扭矩以及当前挡位。在一个实施例中，控制单元被配置成基于车辆的当前速度来确定针对挡位范围中的每个挡位的发动机转速。在一个实施例中，控制单元被配置成响应于发动机转速而确定在挡位范围中的每个挡位处的内燃发动机的输出扭矩和最大扭矩。

在一个实施例中，控制单元被配置成在输出对于推荐的挡位的换高速挡之前，确定内燃发动机的输出扭矩小于内燃发动机的最大输出扭矩达阈值持续时间。在一个实施例中，控制单元被配置成响应于内燃发动机的输出扭矩大于最大扭矩的阈值量而对内燃发动机的当前转速施加下垂。

在一个实施例中，控制单元被配置成响应于车辆的动力输出装置或液压装置正在操作中而不推荐对于推荐的挡位的换高速挡。在一个实施例中，手动变速器包括多个挡位范围，并且在每个挡位范围内包括多个挡位。

在一个实施例中，显示单元是车辆的一部分。在一个实施例中，显示单元是便携式装置。

根据另一个方面，一种用于辅助手动变速器中的挡位选择的方法包括：确定用于降低内燃发动机的当前转速同时维持内燃发动机的功率输出和由内燃发动机推进的车辆的地面速度两者的推荐的挡位；以及向车辆的操作者显示推荐的挡位。

在一个实施例中，推荐的挡位在车辆的仪表盘上显示。在一个实施例中，推荐的挡位在车辆的便携式装置上显示。

在一个实施例中，方法包括基于车辆的当前速度来确定针对挡位范围中的每个挡位的发动机转速。在一个实施例中，方法包括确定在挡位范围中的每个挡位处的内燃发动机的输出扭矩和最大扭矩。在一个实施例中，方法包括在推荐对于推荐的挡位的换高速挡之前，确定内燃发动机的输出扭矩小于内燃发动机的最大输出扭矩达阈值持续时间。

在一个实施例中，方法包括响应于内燃发动机的输出扭矩大于最大扭矩的阈值量而对内燃发动机的当前转速施加下垂。在一个实施例中，方法包括响应于车辆的动力输出装置或液压装置正在操作中而不推荐对于推荐的挡位的换高速挡。

根据另一个方面，用于内燃发动机的辅助换挡的控制设备包括控制单元。控制单元被配置成确定用于降低内燃发动机的当前转速同时维持内燃发动机的功率输出和由内燃发动机推进的车辆的地面速度两者的推荐的挡位。控制单元还被配置成响应于该确定而输出信号以向车辆的操作者显示推荐的挡位。

虽然已在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，但所述附图和前述描述应被视为在性质上是说明性的而非限制性的，应理解，仅示出和描述了某些示例性实施例。本领域技术人员将了解，在不实质地脱离本发明的情况下，在示例性实施例中进行许多修改是可能的。因此，所有此类修改旨在包括在如在下面的权利要求中所限定的本公开的范围内。

在阅读权利要求时，意图在于，当使用诸如“一个”、“一种”、“至少一个”或“至少一部分”之类的词语时，并不意图将权利要求限制于仅一个项目，除非权利要求中具体做出相反陈述。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，项目可包括一部分和/或整个项目，除非具体做出相反陈述。

Claims (19)

1.一种用于包括内燃发动机的车辆的手动变速器的换挡辅助系统，所述换挡辅助系统包括：

换挡器，所述换挡器能够操作以选择用于操作所述车辆的所述手动变速器的挡位；

控制单元，所述控制单元被配置成响应于在所述手动变速器处于当前挡位的情况下与推进所述车辆的所述内燃发动机相关联的一个或多个输入而确定推荐的挡位，以降低所述内燃发动机的当前转速同时维持所述内燃发动机的功率输出和由所述内燃发动机推进的车辆的地面速度两者的推荐的挡位；以及

显示单元，所述显示单元被配置成从所述控制单元接收所述推荐的挡位，并且向所述车辆的操作者显示所述推荐的挡位。

2.根据权利要求1所述的换挡辅助系统，其中所述一个或多个输入包括所述内燃发动机的所述当前转速、所述车辆的当前速度、所述内燃发动机的输出扭矩以及所述当前挡位。

3.根据权利要求2所述的换挡辅助系统，其中所述控制单元被配置成基于所述车辆的所述当前速度来确定针对挡位范围中的每个挡位的发动机转速。

4.根据权利要求3所述的换挡辅助系统，其中所述控制单元被配置成响应于所述发动机转速而确定在所述挡位范围中的每个挡位处的所述内燃发动机的输出扭矩和最大扭矩。

5.根据权利要求4所述的换挡辅助系统，其中所述控制单元被配置成在输出对于所述推荐的挡位的换高速挡之前，确定所述内燃发动机的所述输出扭矩小于所述内燃发动机的最大输出扭矩达阈值持续时间。

6.根据权利要求5所述的换挡辅助系统，其中所述控制单元被配置成响应于所述内燃发动机的所述输出扭矩大于所述最大扭矩的阈值量而对所述内燃发动机的所述当前转速施加下垂。

7.根据权利要求1所述的换挡辅助系统，其中所述控制单元被配置成响应于所述车辆的动力输出装置或液压装置正在操作中而不推荐对于所述推荐的挡位的换高速挡。

8.根据权利要求1所述的换挡辅助系统，其中所述手动变速器包括数个挡位范围，并且在每个挡位范围内包括多个挡位。

9.根据权利要求1所述的换挡辅助系统，其中所述显示单元是所述车辆的一部分。

10.根据权利要求1所述的换挡辅助系统，其中所述显示单元是便携式装置。

11.一种用于辅助手动变速器中的挡位选择的方法，所述方法包括：

确定用于降低内燃发动机的当前转速同时维持所述内燃发动机的功率输出和由所述内燃发动机推进的车辆的地面速度两者的推荐的挡位；以及

向所述车辆的操作者显示所述推荐的挡位。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述推荐的挡位在所述车辆的仪表盘上显示。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述推荐的挡位在所述车辆的便携式装置上显示。

14.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括基于所述车辆的当前速度来确定针对挡位范围中的每个挡位的发动机转速。

15.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括确定在所述挡位范围中的每个挡位处的所述内燃发动机的输出扭矩和最大扭矩。

16.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括在推荐对于所述推荐的挡位的换高速挡之前，确定所述内燃发动机的所述输出扭矩小于所述内燃发动机的最大输出扭矩达阈值持续时间。

17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括响应于所述内燃发动机的所述输出扭矩大于所述最大扭矩的阈值量而对所述内燃发动机的所述当前转速施加下垂。

18.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括响应于所述车辆的动力输出装置或液压装置正在操作中而不推荐对于所述推荐的挡位的换高速挡。

19.一种用于内燃发动机的辅助换挡的控制设备，所述控制设备包括：

控制单元，所述控制单元被配置成确定用于降低内燃发动机的当前转速同时维持所述内燃发动机的功率输出和由所述内燃发动机推进的车辆的地面速度两者的推荐的挡位，并且响应于所述确定而输出信号以向所述车辆的操作者显示所述推荐的挡位。