SE533138C2 - Växelåterkopplingssystem - Google Patents

Description

25 533 '538 2 En känd metod är användning av en växlingsindikator som indikerar vilken växel som är mest lämplig i bränsleförbrukningshänseende. Se t.ex. utbildningsindikatorn för effektiv växling som beskrivs i det amerikanska patentet 4,439,158 eller enheten för indikering till föraren om växling bör göras för att få en bättre bränsleförbrukning som beskrivs i den brittiska patentansökan 2,084,524. lndikatorn kan utgöras av visuell information till föraren på instrumentpanelen i form av t.ex. en siffra som indikerar den föredragna växeln, eller ett föredraget varvtal, t.ex. i form av ett grönt streck på varvräknaren som indikerar lämpligt varvtal.

Syftet med den föreliggande uppfinningen är att ytterligare uppmuntra föraren att framföra fordonet pà ett ekonomiskt och miljövänligt sätt. Ett ytterligare syfte är att ge föraren, eller en tredje part, möjlighet att utvärdera förarens sätt att använda växlarna.

Sammanfattning av uppfinningen Syftet ovan uppnås med ett växelåterkopplingssystem för användning i ett fordon i enlighet med uppfinningen, innefattande en anordning för växelrekommendation utformad för att fastställa ett optimalt utväxlingsförhållande i relation till olika inverkande parametrar, såsom fordonets vikt, hastighet, varvtal och vägens topografi, och utgående från nämnda optimala utväxlingsförhållande rekommendera en optimal växel för fordonet, samt en växelavkännande anordning som känner av den för närvarande ilagda växeln och fastställer det använda utväxlingsförhållandet i relation till denna. Systemet innefattar vidare en evalueringsanordning för analys och bedömning av den för närvarande använda växeln genom jämförelse av nämnda för närvarande använda utväxlingsförhållande med det optimala utväxlingsförhållandet och utgående från jämförelsen generera 10 15 20 25 Ul 54.3 uJ 3 en bedömning, samt en presentationsanordning som presenterar nämnda bedömning för fordonets förare.

Den föreliggande uppflnningen ger föraren ett redskap att använda i sin strävan att bli ”bästa förare", och ger även föraren möjlighet att känna sig mer säker på att han eller hon kör med den mest ekonomiska och miljövänliga växeln för tillfället även om fordonet ifråga har en manuell växellåda.

Vidare ger bedömningen av växelalternativen föraren möjlighet att följa upp om han eller hon har förbättrat sin förmåga att välja rätt växel i olika situationer och terränger.

Adekvata utföranden beskrivs i de självständiga kraven.

Kort beskrivning av de bifgqade ritninqarna Figur 1 visar schematiskt ett styrsystem till ett fordon där den föreliggande uppfinningen används.

Figur 2 visar ett exempel på ett system i enlighet med den föreliggande uppfinningen.

Figur 3 visar ett exempel på en presentationsanordning i enlighet med uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av adekvata utföranden av ujbfinninqen Den föreliggande uppflnningen är tillämplig för motorfordon utrustade med manuell mekanisk transmission med en grundväxellåda och minst en sekundär växellåda, såsom en range-växellåda eller en Split-växellåda.

Särskilt tunga motorfordon, såsom lastbilar, bärgningsbilar och bussar, har ofta både en split-växellåda och en range-växellåda. Det bör påpekas att 10 15 20 25 'H33 4 ”växellåda” här ska tolkas brett och att transmissionens split-del, grund- eller huvuddel och range-del kan vara inneslutna i samma växellàdshus.

Det bör även framhållas att den föreliggande uppfinningen lämpar sig särskilt väl för tyngre fordon, men att den även kan användas i andra motorfordon såsom personbilar, traktorer m.m.

Figur 1 visar schematiskt ett styrsystem till ett fordon där den föreliggande uppfinningen kan användas. Fordonet innefattar en framaxel 1 med styrhjul 2, 3, en bakre drivaxel 4 med drivhjul 5-8, och fakultativt en bakaxel 9 med hjul 10 och 11. Vidare innefattar fordonet en motor 13 ansluten till en växellåda 12, som driver drivaxeln 4 med hjälp av en utgående axel 14 från växellådan. Växellådan 12 och motorn 13 styrs med hjälp av styrenheterna 15 respektive 16, vilka styrs av en huvudstyrenhet 17. Motorstyrsystemet (EMS) 16 reglerar fordonets motorfunktioner, vilka t.ex. kan bestå av bränsleinsprutning och motorbroms. Styrningen baseras på ett antal insignaler, vilka kan bestå av signaler från (ej visade) gasreglage (gaspedalens position), hastighetsgivare och bromsstyrsystem.

Växellådans styrsystem (GMS) 15 styr växlingen, där växlingen kan styras baserat på insignaler utgående från hastighetsgivare vid användande av en automatisk växellåda. Vid manuell växling kan växlingen styras av en insignal från en växelväljare (Växelspak), utan behov av något styrsystem till växellådan (GMS). Vidare innefattar fordonet ett bromsstyrsystem (BMS) med en bromsstyrenhet 17, som styr fordonets bromsfunktioner, såsom automatisk beräkning av belastningen så att en given pedalposition alltid kan resultera i samma bromseffekt oberoende av belastningen.

Bromsstyrenheten reglerar fordonets olika bromssystem, t.ex. retardationsbroms och andra kompletterande bromssystem, såsom avgasbroms och färdbroms, baserat på förarkommandon, och skickar 10 15 25 533 138 5 styrsignaler till olika chassimonterade systemmoduler (visas inte) där de elektriska styrsignalerna används för att t.ex. justera bromstryck.

Ovan beskrivna styrenheter utgör bara exempel på vad som kan finnas i ett fordon. Såsom förstås av alla som är insatta i området kan självfallet två eller flera av de ovan beskrivna styrenheterna integreras i en gemensam styrenhet.

Den föreliggande uppfinningen avser ett växelåterkopplingssystem 18 inklusive en anordning för växelrekommendation 19 för att fastställa ett optimalt utväxlingsförhàllande för fordonet i relation till olika inverkande parametrar, såsom fordonets vikt, hastighet, varvtal och vägens topografi, och utgående från nämnda optimala utväxlingsförhàllande rekommendera en optimal växel för fordonet. Växelåterkopplingssystemet 18 anordnas företrädesvis l ett fordon.

Varje växelintervall används mest effektivt inom olika förvalda intervall för fordonets drift, och valet av vilket specifikt växelintervall som driver fordonet mest effektivt avgörs i relation till vilken effekt som krävs för att framföra fordonet. Den nödvändiga effekten som behövs för att framföra fordonet med konstant hastighet beräknas momentant från körmotståndet.

Fordonets körmotstånd kan på ett välkänt sätt för en i området insatt person fastställas genom en lämplig beräkningsmodell baserad på olika fordonsparametrar, såsom motorbelastning, motorvarvtal, fordonshastighet, väglutning och aerodynamiska egenskaper, se t.ex. WO/2007/139491. Om fordonet accelererar bidrar denna acceleration till ett ökat effektbehov hos fordonet, något som tas hänsyn till vid fastställande av vilken växel som är mest lämplig. Den tillåtna accelerationen begränsas därmed till rimliga värden för att motverka vàrdslös körning. Hänsyn tas också till eventuella 10 15 20 25 6 hastighetsförluster som uppstår vid växling i uppförslut, och föraren behöver inte växla ned igen för att bibehålla tillräckligt vridmoment för att inte förlora alltför mycket fart. Den totala effekten som behövs för att framföra fordonet beräknas som: Bota, = P(drivíng _ resistance) + P(acceleration) , (1 ) där P(driving_resistance) är den effekt som behövs för att framföra fordonet med konstant hastighet, och P(acceleration) är den effekt som behövs för att accelerera fordonet till önskad acceleration. Den växel som bäst motsvarar den nödvändiga totala effekten rekommenderas till föraren.

Anordningen för växelrekommendation 19 läser sålunda av de olika inverkande parametrarna, såsom fordonets vikt, hastighet, varvtal och vägens topografi, och räknar kontinuerligt ut den nödvändiga totala effekten och jämför denna med de olika växelintervallen för att se vilken växel som är mest optimal. Om det finns en annan högre växel med bättre varvtalsekonomi som kan bidra med den nödvändiga effekten för att bibehålla hastigheten, rekommenderas den växeln i stället. Det är alltid ett krav att den rekommenderade växeln måste ligga inom ett visst, beroende på förhållandena, dynamiskt varvtalsintervall för att förebygga rekommendation av växlar som annars skulle involvera för höga eller för låga varvtal från motorn.

Vilken växel som är den högsta möjliga växeln med möjlighet att accelerera eller bibehålla hastigheten beräknas kontinuerligt. Om ingen växel möjliggör acceleration inom varvtalsbegränsningarna, väljs i stället den lägsta tillgängliga växeln inom varvtalsbegränsningarna. I branta uppförslut där fordonet inte klarar att bibehålla hastigheten uppmuntras ”fördröjd växling", 10 15 20 25 'iBB 7 dvs. att växla så sent som möjligt för att undvika att köra med ett oekonomiskt varvtal. Hänsyn tas till eventuella hastighetsförluster som uppstår vid växling i uppförslut, och föraren behöver inte växla ned igen för att bibehålla tillräckligt vridmoment för att inte förlora alltför mycket fart.

Växelàterkopplingssystemet 18 i enlighet med den föreliggande uppfinningen inkluderar vidare en växelavkännande anordning 20 som känner av den för närvarande ilagda växeln och fastställer det använda utväxlingsförhällandet i relation till denna. l enlighet med uppfinningen analyserar och bedömer en evalueringsanordning 21 den för närvarande använda växeln genom att jämföra det för närvarande använda utväxlingsförhàllandet med det optimala utväxlingsförhållandet och utgående från jämförelsen generera en bedömning. Den genererade bedömningen presenteras för fordonets förare på en presentationsanordning. Därigenom uppmuntras föraren att använda den rekommenderade växeln, eftersom föraren vet att det är den för närvarande använda växeln som bedöms. En möjlig effekt av bedömningen av föraren är att olika förare kan börja tävla med varandra med målsättningen att bli ”bästa förare”. Presentationsanordningen är i enlighet med ett utförande placerad på instrumentbrädan, väl synlig för föraren underframförandet av fordonet. Presentationsanordningen kan även vara utformad som ett ytterligare visningsinstrument i förarhytten.

Systemet 18, som visas i fig. 2, inkluderar en anordning 22 för mottagning av relevanta signaler avseende omgivande parametrar och signaler från interna givare i fordonet, t.ex. hastighetsgivare, vridmomentgivare, växelgivare m.m., som används i anordningen för växelrekommendation 19 för att fastställa en rekommenderad växel samt i evalueringsanordningen 21 för beräkning av förarens växelbedömning. 10 15 20 25 Föraren får företrädesvis positiva bedömningar när han eller hon har valt optimal växel för situationen, eller har valt en växel som ligger inom ett visst varvtalsintervall.

I enlighet med ett utförande beror bedömningen pá den tid som en icke optimal växel används, så att bedömningen sänks om en icke optimal växel används längre än en dynamisk tidsgräns. Återkopplingssystemet inkluderar en tidmätande anordning som börjar mäta tiden med hjälp av en klocka när det fastställs att föraren kör med en icke optimal växel.

Bedömningen sänks när den uppmätta tiden överstiger en dynamisk tidsgräns. Därigenom ges en sänkt bedömning till föraren om han eller hon har framfört fordonet med en icke optimal växel under en viss tid. I enlighet med ett annat utförande beror bedömningen på den tid som en optimal växel används, så att bedömningen höjs om en optimal växel används längre än en dynamisk tidsgräns. Återkopplingssystemet inkluderar en tidmätande anordning som börjar mäta tiden med hjälp av en klocka när det fastställs att föraren kör med en optimal växel. Bedömningen höjs när den uppmätta tiden överstiger en dynamisk tidsgräns. Följaktligen belönas föraren om han eller hon bibehåller optimal växel.

Om t.ex. den 10:e växeln är den för tillfället rekommenderade växeln och varvtalet är 1100 varv per minut, får föraren en höjd bedömning om han eller hon har valt denna växel. Använder föraren i stället den 9:e växeln ges en rekommendation till föraren där han eller hon uppmuntras att växla till den 10:e växeln. Väljer föraren ändå att fortsätta med den 9:e växeln, börjar hans eller hennes bedömning att sänkas efter en viss dynamisk tidsgräns.

Om föraren i stället skulle köra med den 12:e växeln (den högsta växeln) i 85 km/h, där den 12:e växeln också är den rekommenderade växeln, 10 15 20 25 9 kommer bedömningen antingen att höjas eller sänkas. Det beror på att en växling ned till den 11:e växeln skulle fä varvtalet att hamna utanför varvtalsintervallet. Dessa utföranden åskådliggörs med en växellåda med tolv (12) växlar, men andra typer av växellådor med färre eller fler än tolv (12) växlar är självfallet möjliga inom ramen för uppfinningen såsom beskrivs i de bifogade kraven.

Bedömningen presenteras med fördel på presentationsanordningen vid tider som bestäms av en presentationsprogramvara som är integrerad i presentationsanordningen_ Därigenom är det möjligt att välja när bedömningen ska presenteras för föraren. Bedömningen kan även presenteras som en förändring av bedömningen. I ett utförande fastställer presentationsprogramvaran tidsintervallen utgående från förhållandet mellan den för närvarande använda växeln och den optimala växeln. Om en förare t.ex. använder en icke optimal växel längre än en dynamisk tidsgräns, minskas bedömningen efter den dynamiska tidsgränsen och förändringen av bedömningen presenteras på presentationsanordningen. l ett annat utförande presenteras bedömningen kontinuerligt pä presentationsanordningen_ Föraren kan då fortlöpande se hur bra han eller hon är på att använda växlarna. l ett utförande rekommenderar anordningen för växelrekommendation 19 en optimal växel för föraren om en icke optimal växel används längre än en dynamisk tidsgräns. Följaktligen kan rekommendationer om en föredragen växel ges tiil föraren när denne har kört med en icke rekommenderad växel under en viss dynamisk tid. Anordningen för växelrekommendation 19 inkluderar en tidmätande anordning som börjar mäta tiden med hjälp av en klocka när det fastställs att föraren kör med en ej optimal växel. När denna 10 15 20 25 'S38 10 uppmätta tid överstiger en viss dynamisk tidsgräns, visas en rekommendation för föraren. I enlighet med ett utförande presenteras den rekommenderade optimala växeln på presentationsanordningen. Den rekommenderade optimala växeln kan presenteras i en display med siffror tillsammans med information om vilken åtgärd som ska göras, t.ex. ”växla ned” eller ”växla upp”. Bedömningen av föraren kan presenteras i samma display, eller presenteras i ett annat utrymme eller display.

Den dynamiska tidsgränsen tills en rekommendation ges kan även bero på hur många steg från den rekommenderade växeln som föraren har kört, dvs. den nuvarande växeln minus den rekommenderade växeln. Växlar inte föraren i enlighet med rekommendationerna inom en viss dynamisk tidsgräns, där tiden mäts av en tidmätande anordning, minskas bedömningen och information om förändringen av bedömningen presenteras på presentationsanordningen. På så sätt kan presentationsprogramvaran fastställa tidsgränser t.ex. beroende på när en rekommendation har presenterats på presentationsanordningen. l enlighet med ett utförande av uppfinningen beror den dynamiska tidsgränsen även av hur viktigt det är att växlingen genomförs. Om föraren t.ex. kräver ett stort vridmoment från motorn i t.ex. ett uppförslut, minskas längden på den dynamiska tidsgränsen för att ge en snabbare rekommendation till föraren om att växla. Ett annat exempel är om föraren kraftigt minskar fordonets hastighet på kort tid. Även då bör den dynamiska tidsgränsen minskas för att ge en snabb rekommendation till föraren.

Följaktligen beror den dynamiska tidsgränsen i ett utförande på olika växel- och/eller energikriterier. Därigenom påverkar relationen mellan nödvändig effekt för att bibehålla hastigheten och tillgänglig effekt tidsgränserna. Om den nödvändiga effekten överstiger den tillgängliga effekten, kan den 10 15 20 25 11 dynamiska tidsgränsen minskas för att uppmuntra föraren att växla tidigare.

Den dynamiska tidsgränsen kan följaktligen vara beroende av flera olika parametrar, såsom bromsenergi, nödvändig motorenergi, väglutning, hastighet, varvtal osv. Någon växelrekommendation visas inte om föraren tar ut ett för högt vridmoment från motorn (såsom vid acceleration), med undantag för om föraren accelererar med för låg växel och inte använder hela varvtalsspektret, dvs. kör på ett oekonomiskt sätt, vilket kan vara fallet om föraren t.ex. accelererar i ett uppförslut.

Ett exempel på hur en presentationsanordning kan se ut visas i fig. 3.

Rekommendationerna visas mitt i displayen som ett växelnummer inom parenteser, eventuellt med information om vilken åtgärd som skulle uppnå den rekommenderade växeln. Bedömningen kan visas som stjärnor som belyses eller dimmas när en bedömningsändring inträffar. T.ex. kan rekommendationen visas inledningsvis med tillhörande åtgärd utan stjärnor.

Väljer föraren att inte följa växelrekommendationen tänds stjärnorna (fem grå stjärnor innebär att växelbedömningen kommer att sänkas). Om föraren däremot använder rätt växel visas ingenting (bedömningen ökas i bakgrunden). l ett utförande påverkas fastställandet av den optimala växeln av en uppskattad växlingstid. Dårvidlag uppskattas tiden det tar för föraren att genomföra växling under framförandet av fordonet. Denna tid beror bland annat på typen av växellåda och vilken typ som behövs för att i slutänden nå den rekommenderade växeln (helstegs-, split- eller range-växel).

Följaktligen är det möjligt att göra en rimlig bedömning av om den potentiellt rekommenderade växeln fortfarande kommer att vara den bästa sedan växlingen har gjorts. 12 Systemet 18 innefattar vidare alla datorprogram och all hårdvara för genomförandet av de steg som krävs för att ge återkoppling till föraren i enlighet med den föreliggande uppfinningen.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till de ovan beskrivna adekvata utförandena. Olika alternativ, modifieringar och motsvarigheter kan tillämpas. Av denna anledning ska inte ovanstående utföranden anses begränsa omfattning för uppfinningen, vilken definieras av bifogade krav.

Claims (9)

10 15 20 25 13%: 13 Patentkrav

1. . Ett växelåterkopplingssystem (18) för användning i ett fordon, innefattande en anordning för växelrekommendation (19) utformad för att fastställa ett optimalt utväxlingsförhållande i relation till olika inverkande parametrar, såsom fordonets vikt, hastighet, varvtal och vägens topografi, och utgående från nämnda optimala utväxlingsförhållande rekommendera en optimal växel för fordonet, en växelavkännande anordning (20) för avkänning av den för närvarande ilagda växeln och fastställande av det använda utväxlingsförhällandet i relation till denna, en evalueringsanordning (21) för analys och bedömning av den för närvarande använda växeln genom att jämföra nämnda för närvarande använda utväxlingsförhållande med nämnda optimala utväxlingsförhållande och utgående från jämförelsen generera en bedömning, samt en presentationsanordning som presenterar nämnda bedömning för fordonets förare, kännetecknat av att nämnda bedömning beror på den tid som en ej optimal växel används, så att bedömningen sänks om en ej optimal växel används längre än en dynamisk tidsgräns, och att nämnda bedömning beror på den tid som en optimal växel används, så att bedömningen höjs om en optimal växel används längre än en dynamisk tidsgräns.

2. Ett växelåterkopplingssystem i enlighet med krav 1, varvid nämnda bedömning presenteras på nämnda presentationsanordning vid tider som bestäms av en presentationsprogramvara som är integrerad i nämnda presentationsanordning. 10 15 20 25 30 14

3. Ett växelåterkopplingssystem i enlighet med krav 2, varvid nämnda presentationsprogramvara fastställer nämnda tidsintervall utgående från förhållandet mellan den för närvarande använda växeln och den optimala växeln.

4. Ett växelåterkopplingssystem i enlighet med krav 1, varvid nämnda bedömning fortlöpande presenteras på nämnda presentationsanordning.

5. Ett växelåterkopplingssystem i enlighet med krav 1, varvid nämnda anordning för växelrekommendation (19) rekommenderar en optimal växel för föraren om en ej optimal växel används längre än en dynamisk tidsgräns.

6. Ett växelåterkopplingssystem i enlighet med krav 5, varvid nämnda rekommenderade optimala växel presenteras på nämnda presentationsanordning.

7. Ett växelåterkopplingssystem i enlighet med krav 5, varvid nämnda dynamiska tidsgräns beror på olika växel- och/eller energikriterier.

8. Ett växelåterkopplingssystem i enlighet med något av föregående krav, varvid nämnda fastställande av den optimala växeln påverkas av en uppskattad växlingstid.

9. Ett fordon omfattande ett växelåterkopplingssystem i enlighet med något av föregående krav.