CN113446395B - 自动变速箱换挡控制系统以及自动变速箱换挡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的自动变速箱换挡控制系统具备：车辆和环境信息处理单元，通过检测装置获取车辆外部的环境信息和自身车辆信息；加速需求权重计算单元，其根据车辆外部的环境信息和自身车辆信息计算加速需求权重；及换挡曲线调节单元，根据加速需求权重调节各挡位的换挡曲线，自动变速箱根据调节后的各换挡曲线进行动作，换挡曲线调节单元中针对每一挡位预先存储有经济性最优换挡曲线，经济性最优换挡曲线为预先模拟出的车辆在平地无障碍行驶时经济性最优的各挡位的换挡曲线，换挡曲线调节单元根据计算出的加速需求权重使换挡曲线成为将经济性最优换挡曲线向着延迟换挡点的方向变化而得的换挡曲线，加速需求权重越大基于换挡曲线的换挡点越延迟。

Description

自动变速箱换挡控制系统以及自动变速箱换挡控制方法

技术领域

本发明涉及汽车自动变速箱(AT)的变速箱电子控制单元(TCU)的换挡控制技术领域，特别是涉及一种自动变速箱换挡控制系统以及自动变速箱换挡控制方法。

背景技术

随着近些年汽车相关技术的发展，汽车智能控制日益完善，带来了更多的驾驶舒适性并相应地减少了驾驶疲劳。自动变速箱技术就是其中一项重要的科研成果，并不断得到推广。因为自动变速箱控制器能自动根据车辆行驶状况和驾驶员驾驶意图，并结合已标定的各个换挡曲线自动变速变矩，驾驶者可以全神贯注地注视路面交通而无需手动操作换挡。

自动变速箱的换挡逻辑下的换挡曲线可分为各个挡位的升挡曲线和降挡曲线，通常换挡曲线是车速和油门开度的两参数曲线，存储在TCU(Transmission Control Unit)中。经济性和动力性是AT自动变速箱换挡逻辑设计时考虑的两个主要因素。车辆在不同挡位下的动力性和油耗有很大差异。一般来说，车辆在低挡位时有良好的动力性但油耗偏高，而高挡位时动力性差但油耗偏低，两者存在相互妥协关系。

自动变速箱换挡逻辑的设计是基于这两者妥协关系的折衷。即牺牲部分动力性来减小油耗，或者牺牲部分油耗来提高动力性。通常，存储在TCU中的换挡曲线是针对行驶在平坦道路上来设计的，但是在实际中某些对动力性有优先要求的场合，所设计的换挡逻辑并不能根据实际情况来对应。比如车辆在上坡时或者超车时，驾驶员对动力性的要求更多，车辆需要更长时间运行在低挡位区域，以此来获得更多的动力，但TCU中的换挡逻辑无法根据实际情况做出调整。

为了解决这一问题，现有某些车辆中配置有倾角传感器，换挡逻辑可以根据倾角传感器检测到坡度的不同而做出调整。但是该方法无法在车辆坡度变化之前就做出换挡逻辑的调整。

为了根据不同的道路状况获得更恰当的换挡逻辑，在专利文献1中，公开了一种换挡逻辑控制方法。该发明基于周围交通环境参数来预测周围车辆行为，进而通过驾驶行为预测模型来预测本车驾驶行为从而进行挡位修正，由此，能够提前预判最匹配目标挡位，实现对车辆自动变速器换挡控制。

另外，在专利文献2中，公开了一种动力传递控制方法，该发明根据当前的路面类型启动全地形适应模式下对应的地形模式，根据地形模式与预设的动力传递策略的对应关系，确定与当前地形模式对应的动力传递策略，所述全地形适应模式下的地形模式包括普通地形模式、雪地模式、泥地模式、沙地模式中至少两种，由此，能够根据当前动力传递策略控制车辆的变速箱切换挡位。

现有技术文献

专利文献1：中国专利公开CN109237011A

专利文献2：中国专利公开CN107061724A

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，对于专利文献1的发明而言，通常情况下驾驶员并不清楚油耗和动力性对挡位的需求，即使通过驾驶行为预测模型来预测本车驾驶行为并进行挡位修正，所得出的驾驶方式并不是一定合理的，最优的，因此这种基于驾驶习惯方式预测模型的换挡逻辑调整并不能良好解决不同实际情况的对应问题，也无法准确地获得适当的换挡逻辑。

另外，对于专利文献2的发明而言，虽然能够根据不同的路面类型来选择相应的换挡曲线，但是，其在确定了地形模式后会选择与之唯一对应的换挡逻辑，并不能在同一地形模式下进行灵活的变动，例如，不同路面类型下的道路特征也不尽相同，专利文献2的发明并不能良好地应对各种道路状况。

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种能够根据不同的行驶场景提前调节成适当的换挡逻辑的自动变速箱换挡控制系统以及自动变速箱换挡控制方法。

解决问题的技术手段

本发明的自动变速箱换挡控制系统具备：车辆和环境信息处理单元，其通过检测装置来获取车辆外部的环境信息和自身车辆信息；加速需求权重计算单元，其根据所述车辆外部的环境信息和所述自身车辆信息，计算加速需求权重；以及换挡曲线调节单元，其根据计算出的所述加速需求权重，调节针对自动变速箱设定的各挡位的换挡曲线，所述自动变速箱根据调节后的各换挡曲线进行动作，所述换挡曲线调节单元中针对车辆的每一挡位预先存储有经济性最优换挡曲线，所述经济性最优换挡曲线为预先模拟出的车辆在平地无障碍行驶时经济性最优的各挡位的换挡曲线，所述换挡曲线调节单元根据计算出的所述加速需求权重，使所述换挡曲线成为将所述经济性最优换挡曲线向着延迟换挡点的方向变化而得的换挡曲线，所述加速需求权重越大，基于所述换挡曲线的换挡点越延迟。

另外，本发明的自动变速箱换挡控制方法具备：车辆和环境信息处理步骤，通过检测装置来获取车辆外部的环境信息和自身车辆信息；加速需求权重计算步骤，根据所述车辆外部的环境信息和所述自身车辆信息，计算加速需求权重；以及换挡曲线调节步骤，根据计算出的所述加速需求权重，调节针对自动变速箱设定的各挡位的换挡曲线，所述自动变速箱根据调节后的各换挡曲线进行动作，针对车辆的每一挡位预先存储有经济性最优换挡曲线，所述经济性最优换挡曲线为预先模拟出的车辆在平地无障碍行驶时经济性最优的各挡位的换挡曲线，在所述换挡曲线调节步骤中，根据计算出的所述加速需求权重，使所述换挡曲线成为将经济性最优换挡曲线向着延迟换挡点的方向变化而得的换挡曲线，所述加速需求权重越大，基于所述换挡曲线的换挡点越延迟。

发明效果

根据上述的自动变速箱换挡控制系统以及自动变速箱换挡控制方法，能够根据不同的行驶场景提前调节成适当的换挡逻辑。

附图说明

图1是示出本发明的自动变速箱换挡控制的流程图。

图2是示出第一实施方式中的车辆上坡过程的示意图。

图3是示出对自动变速箱进行换挡逻辑修正的示意图。

图4是示出第二实施方式中的超车过程的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明进行说明。首先说明本发明的概要。

图1是示出本发明的自动变速箱换挡控制的流程图。如图1所示，本发明的自动变速箱换挡控制系统具备车辆和环境信息处理单元101、加速需求权重计算单元102以及换挡曲线调节单元103。

车辆和环境信息处理单元101能够通过检测装置获取车辆和道路信息，例如包括车辆外部的环境信息以及自身车辆信息，该检测装置例如是车载雷达，或者车载摄像头，或者路边感知雷达或摄像头。车辆和环境信息处理单元101通过检测装置得到原始图像数据或者点云数据，然后根据聚类算法识别出各种障碍物和道路信息。优选的，车辆和环境信息处理单元101还能够根据通过检测装置获取的车辆和信息，相应地进入不同的道路模式例如上坡模式等。

加速需求权重计算单元102从车辆和环境信息处理单元101接收车辆外部的环境信息以及自身车辆信息，进而计算加速需求权重，该加速需求权重表示车辆对于动力性的需求。也就是说，在根据接收到的信息认为汽车需要更大的动力性时，加速需求权重计算单元102会相应地计算出较大的加速需求权重，相反的，在根据接收到的认为汽车不需要动力性而更加追求经济性时，加速需求权重计算单元102会计算出较小的加速需求权重。此时，油门开度、车速以及方向盘角度等自身车辆信息也被提供至加速需求权重计算单元102，以计算加速需求权重和进行换挡操作，具体的过程将在下文描述。

换挡曲线调节单元103从加速需求权重计算单元102接收计算出的加速需求权重，并对原先动作的各挡位的换挡曲线进行调整。具体而言，在计算出的加速需求权重越大时，换挡曲线调节单元103会将换挡曲线越向着延迟换挡点的方向变化，由此，能够在低挡位也就是动力性更强的挡位行驶更多时间。

最后，由于换挡曲线是车速和油门开度的两参数曲线，因此在对换挡曲线调整过后，根据油门开度、车速和调整后的换挡曲线，在车辆速度达到要求后触发换挡操作。

(第一实施方式)

以下，参照图2和图3对本发明的第一实施方式进行说明。

第一实施方式表示通过检测装置检测到车辆即将进入上坡的情况。

图2是示出第一实施方式中的车辆上坡过程的示意图。如图2所示，在车辆进入上坡之前，能够通过检测装置预先感知到前方道路具有坡度，并通过检测装置获取道路的坡度信息。现有的汽车工业中已存在该技术，所以在此不加赘述。车辆和环境信息处理单元101从检测装置接收到道路的坡度信息，并相应地进入至上坡模式。

通常，在TCU中已经预先设置有考虑到经济性的换挡曲线，为车辆在平地无障碍行驶时的各挡位的经济性最优换挡曲线，车辆平时都在该换挡逻辑下行驶。但是，在上坡后由于车辆重力的作用维持同样的车速需要更大的扭矩输出，所以上坡前驾驶员会提前踩下油门加速，这时车辆应该延迟升挡，保持在低挡位来保证动力输出。

为了延迟升挡，加速需求权重计算单元102根据接收到的车辆外部的环境信息以及自身车辆信息来计算加速需求权重，并且换挡曲线调节单元103根据加速需求权重使经济性最优换挡曲线向着延迟一定程度的方向(图3中的右方向)变化。另外，为了防止将使经济性最优换挡曲线延迟的程度设定地过大，对于各挡位还预先设置有最大换挡曲线即动力性最优换挡曲线。由此，换挡曲线根据加速需求权重在经济性最优换挡曲线和动力性最优换挡曲线之间变化。

在第一实施方式的上坡模式下，由于道路坡度具有国标，因此优选的是，以该国标的道路最大坡度为参考值设定动力性最优换挡曲线，能够预先通过实验或者仿真得到车辆在国标道路最大坡度行驶时动力性最佳的换挡曲线。

进而，加速需求权重计算单元102能够根据检测出的道路坡度与国标道路最大坡度的比值，获得加速需求权重。具体而言，采用下述式1进行计算。

【式1】

Q＝D/D₀

其中，D为检测出的道路坡度，D₀为国标道路最大坡度，Q为要计算的加速需求权重。即，在计算出的Q为0时，表示车辆仍然在平地无障碍行驶，在计算出的Q为1时，表示前方道路的坡度为国标道路最大坡度。即使检测出的道路坡度大于D₀而得到Q大于1，即道路不符合规定，也将Q设为1，以此防止非正常情况。因此，Q的取值范围为不低于0且不大于1

在通过加速需求权重计算单元102计算出加速需求权重之后，换挡曲线调节单元103根据加速需求权重对换挡曲线进行修正。

图3是示出对自动变速箱进行换挡逻辑修正的示意图。

实线为升挡曲线而虚线为降挡曲线。当车速和油门开度所对应的工况点位于升挡曲线右侧则升挡，位于降挡曲线的左侧则降挡，因此通过车速和油门开度的组合能够表示换挡点。其中23挡之间的升降挡曲线有两组，分别为经济性最优换挡曲线组和动力性最优换挡曲线组。若当前计算得到的加速需求权重为0，则23挡换挡曲线选取经济性最优换挡曲线组，若当前加速需求权重为1，则调整为动力性最优换挡曲线组。若加速需求权重为0-1的中间值时，则根据权重值调节最终曲线组与它们的距离。

需要注意的是，在图3中，是为了方便说明而仅示出了在23挡之间具有两组升降挡曲线，但实际上每两挡之间都具有一组经济性最优换挡曲线组和一组动力性最优换挡曲线组。

以下说明根据加速需求权重求出换挡曲线的计算方法，此处仅以升挡曲线为例来说明换挡曲线的变化，但降挡曲线也是以相同方式同步进行变化的。

具体而言，在得到加速需求权重Q以后，根据下述式2求出不同油门开度下的换挡点时的车速。其中，f₀为经济性最优换挡曲线的函数，f₁为动力性最优换挡曲线的函数，apo为油门开度。

【式2】

V_apo＝f₀(apo)+Q[f₁(apo)-f₀(apo)]

例如，假设在驾驶员踩下的油门开度apo为60％时，在经济性最优换挡曲线中，油门开度为60％时23挡的换挡点下的车速V₀、即f₀(apo)为30km/h，在动力性最优换挡曲线中，油门开度为60％时23挡的换挡点下的车速V₁、即f₁(apo)为50km/h，那么根据计算出的加速需求权重Q，要调节到的换挡曲线在油门开度为60％时的换挡点下的车速V_apo＝V₀+(V₁-V₀)×Q＝30+(50-30)×Q，假设Q为0.5即坡度为国标道路坡度的一半，得出要调节到的换挡曲线中与油门开度apo为60％相对应的车速为40km/h。

由于经济性最优换挡曲线和动力性最优换挡曲线的函数是预先通过实验或者仿真而已知的，因此能够根据加速需求权重Q获得不同的油门开度与车速的组合而调节成需要的换挡曲线。

在对换挡逻辑进行调整之后，能够根据油门开度、车速来判断是否需要换挡。在上坡时，坡度越大，换挡曲线越向着延迟换挡点的方向(图3的右方向)变化，车辆在低挡位下更多地行驶来获得更多的动力。

在上坡完成以后，检测装置重新检测坡度，并相应地将换挡曲线向着使换挡点提前的方向(图3的左方向)调整，从而获得更多的经济性。

由此，能够针对不同的道路坡度设定具有不同动力性的换挡曲线，从而更加兼顾了经济性和动力性。

(第二实施方式)

以下，参照图4对本发明的第二实施方式进行说明。

第二实施方式表示通过检测装置检测到驾驶员想要超车的情况。第二实施方式与第一实施方式的不同点主要在于应用场景以及计算加速需求权重的方法不同。

图4是示出第二实施方式中的超车过程的示意图。与平时行驶相比，在汽车超车时车辆对加速性的需求更大，此时车辆也需要延迟升挡，尽快提速。

在通过检测装置检测到当前车辆车道前方有车，当前车辆左侧同方向车道没有车，并且驾驶员向左侧没有车的该车道将方向盘转动了规定的角度时和新增油门踏板开度达到规定的开度，认为驾驶员意图进行超车动作。

车辆和环境信息处理单元101进入超车模式。该规定的角度和规定的开度由生产商在出厂时设定。此时，通过检测装置获取前车车速以及自车车速。

在换挡曲线调节单元中同样针对车辆的每一挡位预先存储有经济性最优换挡曲线和动力性最优换挡曲线，经济性最优换挡曲线与上坡模式中相同，为预先模拟出的车辆在平地无障碍行驶时经济性最优的换挡曲线。

动力性最优换挡曲线与上坡模式中不同，其是预先模拟出的自车车速为0时超车的换挡曲线，其原因在于，在自车车速为0时超车所需要的动力性最大。

加速需求权重计算单元102根据前车车速以及自车车速求出加速需求权重。具体而言，采用如下的式3计算加速需求权重。

【式3】

Q(V_b-V_a×p)/V_b

其中，Q表示需要计算的加速需求权重，V_a表示自车车速，V_b表示前车车速，p为预先设定的小于1的系数，该系数由生产商经过仿真和实验而设定。

例如，假设系数P＝0.8，在检测到的自车车速V_a为60km/h，检测到的前车车速V_b为50km/h时，根据上述式3求出加速需求权重Q＝(50-60×0.8)/50＝0.04。该情况下，由于自车车速已经较大所以计算出的加速需求权重较小，因此，超车并不需要过多地动力性，只需要根据权重Q(此时为0.04)略微将经济性最优换挡曲线向着延迟换挡点的方向调整即可。

但是，为了防止出现自车车速过快而计算出的加速需求权重Q为负值的情况，将所有负值的情况均视为Q＝0。即，认为在自车车速达到前车车速的若干倍(具体为p分之一倍)后，只需要按照经济性最优换挡曲线组的换挡曲线进行超车即可。

在通过上述方法求出加速需求权重之后，与第一实施方式一样，参照图3，根据加速需求权重使换挡曲线在预先设定的经济性最优换挡曲线和动力性最优换挡曲线之间变化。由此，能够针对不同的车速情况设定具有不同动力性的换挡曲线，从而更加兼顾了经济性和动力性。

以上说明了各种实施方式及变形例，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内考虑的其他方式也包含在本发明的范围内。例如，在上述实施方式中，加速需求权重计算单元102以及换挡曲线调节单元103是通过写入固件的方式由TCU来实现，但也可以单独设置模块。另外，本发明也可以适用于其他道路模式，并能够根据其他参数来计算加速需求权重。

符号的说明

101 车辆和环境信息处理单元

102 加速需求权重计算单元

103 换挡曲线调节单元。

Claims (2)

1.一种自动变速箱换挡控制系统，其特征在于，具备：

车辆和环境信息处理单元，其通过检测装置来获取车辆外部的环境信息和自身车辆信息；

加速需求权重计算单元，其根据所述车辆外部的环境信息和所述自身车辆信息，计算加速需求权重；以及

换挡曲线调节单元，其根据计算出的所述加速需求权重，调节针对自动变速箱设定的各挡位的换挡曲线，所述自动变速箱根据调节后的各换挡曲线进行动作，

所述换挡曲线调节单元中针对车辆的每一挡位预先存储有经济性最优换挡曲线，所述经济性最优换挡曲线为预先模拟出的车辆在平地无障碍行驶时经济性最优的各挡位的换挡曲线，

所述换挡曲线调节单元根据计算出的所述加速需求权重，使所述换挡曲线成为将所述经济性最优换挡曲线向着延迟换挡点的方向变化而得的换挡曲线，

所述加速需求权重越大，基于所述换挡曲线的换挡点越延迟，

所述车辆外部的环境信息中包含前车车速，所述自身车辆信息中包含自车车速，

所述换挡曲线调节单元中还针对车辆的每一挡位预先存储有动力性最优换挡曲线，所述动力性最优换挡曲线是预先模拟出的自车车速为0时超车的换挡曲线，

所述加速需求权重计算单元通过下述数式计算所述加速需求权重，

Q＝(V_b-V_a×p)/V_b

其中，Q表示需要计算的所述加速需求权重，V_a表示自车车速，V_b表示前车车速，p为预先设定的小于1的系数，并且在计算出的所述加速需求权重为负值时将所述加速需求权重设为0。

2.一种自动变速箱换挡控制方法，其特征在于，具备：

车辆和环境信息处理步骤，通过检测装置来获取车辆外部的环境信息和自身车辆信息；

加速需求权重计算步骤，根据所述车辆外部的环境信息和所述自身车辆信息，计算加速需求权重；以及

换挡曲线调节步骤，根据计算出的所述加速需求权重，调节针对自动变速箱设定的各挡位的换挡曲线，所述自动变速箱根据调节后的各换挡曲线进行动作，

针对车辆的每一挡位预先存储有经济性最优换挡曲线，所述经济性最优换挡曲线为预先模拟出的车辆在平地无障碍行驶时经济性最优的各挡位的换挡曲线，

在所述换挡曲线调节步骤中，根据计算出的所述加速需求权重，使所述换挡曲线成为将经济性最优换挡曲线向着延迟换挡点的方向变化而得的换挡曲线，

所述加速需求权重越大，基于所述换挡曲线的换挡点越延迟，

所述车辆外部的环境信息中包含前车车速，所述自身车辆信息中包含自车车速，

针对车辆的每一挡位还预先存储有动力性最优换挡曲线，所述动力性最优换挡曲线是预先模拟出的自车车速为0时超车的换挡曲线，

在所述加速需求权重计算步骤中，通过下述数式计算所述加速需求权重，

Q＝(V_b-V_a×p)/V_b

其中，Q表示需要计算的所述加速需求权重，V_a表示自车车速，V_b表示前车车速，p为预先设定的小于1的系数，并且在计算出的所述加速需求权重为负值时将所述加速需求权重设为0。

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