专利名称：在车辆上陡坡行驶情况下的行驶期间用于档位选择的方法
技术领域：
本发明涉及在带有机械式自动变速器的重车中用于自动识别上陡 坡行驶情况且选择合适的传动比的方法。本发明也涉及用于执行所述方法的计算机程序。
背景技术：
机械式自动变速器(AMT)类型的自动变速器在重载车辆中日益 变得普遍，这是因为微机技术持续进步，且使得可以以控制计算机和 多个例如伺服马达的控制元件来精确控制发动机速度，在发动机和变 速箱和变速箱的联接构件之间的自动离合器的相互之间的连接和分 离，使得在正确的相对速度下总是获得平滑的换档。特别地当使用在 重车中时，与基于一组行星齿轮且在输入侧带有液力变矩器的传统的自动变速器相比，机械式自动变速器类型的变速器的优点首先是更简 单且更耐用，且可以以大体上更低的成本生产，且其次是具有更高的 效率，这意味着较低的燃料消耗的期望。以上所述的类型的机械式自动变速器很大地降低了驾驶员的换档 工作，且驾驶员在驾驶车辆时通常将不需要担心选择下一个正确的传 动比。所有这些由AMT负责。即使AMT通常编程有对于大量的全部车 辆驾驶情况给出满意的档位选择的换档策略，但仍可能发生这样的情 况，即档位选择不是最佳选择，且在一些特别的情况中这可能导致对 于驾驶员困难的情况，且车辆甚至停车且不能再起动。这可能是由于 驱动轮处的有限的摩擦导致。这样的情况的例子是重载车辆在上陡坡行驶情况中行驶。通常，在行驶时自动选择档位的连续适应基于预先确定的换档MAP图，其中使用了加速器踏板位置和发动机速度。通常，换档MAP图被匹配以在 完成换档后实现合适的发动机速度。AMT系统简单地试图选择对于特 定情况最好的档位。在此上下文中应提及的是一些根据现有技术的 AMT系统仅基于当前情形选择最好的档位。也存在带有不同类型的用 于提高换档的预测功能的AMT系统，这意味着可以预测数个未来的换 档步骤，即换档次序。这意味着当重车开始爬陡坡时，编程的换档策略在感测到增加的 行驶阻力时将典型地使得AMT减档一定个数的档步，这取决于当前的牵引动力和加速度(即，在上坡状态下通常是减速度)。当车辆进一步行驶且上坡的倾斜度增加且行驶阻力增加更多时， 换档策略将使得AMT减档一些更多的档步，且将接合AMT的最高传动 比之一。该选中的高传动比基于预先确定的换档MAP图。对于给定的道路倾斜，存在使车辆能爬上道路倾斜的最低传动比。 如果AMT系统在减档后终止在高于所述的最低传动比的传动比，则车 速将低于必需的速度，这意味着增加的燃料消耗和降低的平均速度。 低车速可能甚至导致交通堵塞。此情况的另一个缺点是存在车辆的被 驱动轮(driven wheels)将打滑的高风险，打滑由于重车、高传动比且 因此的高输出转矩而导致。打滑甚至可能在车辆在干沥青表面上行驶 时发生。如果被驱动轮的一个或多个开始打滑，则具有完全停止在上 坡坡道中间的高风险。如果车辆由于打滑而停止，则驾驶员将面对起 动的问题。被驱动轮在试图起动时将打滑，这意味着驾驶员将必须将 车辆倒退到上坡坡道下方。车辆的典型的例子可以是总重例如为60吨的带有拖车的卡车。卡 车例如可以装配有例如在WO02/064996中描述的类型的带有14个前进 档位的AMT (两个最低档位可以是爬行档)。图1概略地示出了例如倾斜度为15%且长度大致为150米的从水平 位置A到升高的水平位置B的上坡坡道。当驾驶员观察到接近上坡坡道 时将略微增加对布置在60吨卡车内的加速器踏板的下压，因此要求了 更大的转矩。当以35 km/h的车速和接合第六档而通过位置A时，用于所述的60 吨卡车的典型的现有技术的换档策略将如下进行换档。在点C处，车辆 感测到道路的倾斜和减速度。这样开始了减档。因为车辆是重车，道 路陡且减速度相对地高，所以编程的换档策略将使得AMT减档多于一 个档步。在此情况中，换档策略将典型地从六档减档到四档。两个档 步的减档保证AMT将不因为在车辆发动机和车辆被驱动轮之间的分离 导致的(例如由于离合器分离或使AMT处于空档导致的)驱动转矩中 断期间的高的减速度而"错过"选中的档位。选中的第四档成功地接 合，但车辆的减速度持续。如果AMT试图接合的档位不能接合，则档位将错过。这可能是对 于当前的车速的过高的档位(即过低的传动比)。在换档期间的高的 车辆减速度可能是不能接合档位的原因。错过的档位可能在这些情况 中导致车辆的停止。在位置C处如上所提及开始减档，且在位置D处AMT使得四档接合 且将更高的输出转矩传递到车辆的被驱动轮，且减速度不如位置C处的 减速度高，但减速度持续。在位置E处，发动机速度和车速低至使得AMT 开始另一个减档。再次选择了多步减档，以保证选中的档位将不被错 过。在此情况中选择了一档，这意味着至少理论上将更充分的转矩传 递到被驱动轮，使得卡车可以度过上坡直至位置B。作为对上述例子的 总结，在上陡坡行驶情况中选择的换档次序为6-4-l。如果在道路表面和被驱动轮的轮胎之间的摩擦是足够的，则卡车将以一档接合而度过上坡直至位置B。如果被驱动轮开始打滑，则车辆 将失去推进力，且车辆将最终停止在上坡的中间，且将具有起动的严 重问题。本发明的目的是在上陡坡行驶情况中选择对于该情况更优的档 位，使得可以增加平均速度且降低燃料消耗，且如果发生其中车辆的 驱动轮将打滑的情况，则选择使打滑风险最小的档位，且同时使得车 辆可以度过整个上坡。发明内容根据本发明的方法是车辆在上陡坡行驶情况下的行驶期间用于档 位选择的方法，所述的车辆包括发动机，其中发动机的输出轴连接到 机械式自动变速器，变速器的输出轴连接到车辆的至少一个被驱动轮， 还包括用于接收输入信号的至少一个控制单元，输入信号包括指示了 车速、所述的变速器的接合的传动比、所述的发动机的旋转速度、所 述的输入轴的旋转速度和用于发动机转矩要求的节气门控制装置的位移的信号(Vilka ing&r i minimum antalet inputs, f6r att det hela ska fungera )，且所述的控制单元用于根据编程的逻辑规则处理所述的信 号，以向所述的发动机发出对于转矩要求的指令输出信号，向所述的 变速器发出用于档位选择的指令输出信号，且向所述的离合器发出用 于接合/分离的指令输出信号。该方法的特征在于，当感测到上陡坡行 驶情况时，确定对于所述的上陡坡行驶情况的目标档位，所述的目标 档位是具有最低的可能的传动比的最高的可能的档位，其中车辆在当 前的情形中将至少理论上能够保持恒定的车速或至少略微加速，且其 中进一步的减档选择将被适用，使得不会选择和接合低于所述的目标 档位的档位。根据本发明的方法的优点是预先确定的目标档位是对于特定的感 测到的上陡坡行驶情况给出了最低燃料消耗、最高平均速度、最小化 的驱动轮打滑风险的最优的档位，且车辆仍至少理论上将可以度过所述的上陡坡情况，即在整个上坡中保持恒定的车速或至少略微加速(根 据至少当前感测到的情况)。当已确定了目标档位时，进一步的减档或多次减档将适合于所述 的目标档位，使得对于一定的上陡坡行驶情况，将不会接合低于目标 档位的档位。根据本发明的一个实施例，对所述的上陡坡行驶情况的所述的报 告是感测到至少当前的道路倾斜、当前的车速、当前的节气门控制装置位置和车辆总重的结果。大多数AMT已使用所述的参数来用于档位选择，且在大多数情况中将仅需要新的软件来执行用于根据本发明识 别上陡坡行驶情况的功能性。根据本发明的方法的另一个实施例，对目标档位的所述的确定包括至少如下参数可获得的车辆发动机功率、车辆总重、当前的道路 倾斜、当前的车速和可获得的总传动比。根据本发明的方法的进一步的实施例，当感测到不希望再上陡坡 时，取消对所述的目标档位的减档限制。车辆将可以停止或比目标档 位接合时所允许的速度更慢地行驶。在本发明的以上的最后实施例的进一步扩展中，"不再希望上陡 坡情况"是感测到至少部分地或完全地释放所述的节气门控制装置的 结果。系统必须能取消对所述的目标档位的减档限制，例如车辆的驾 驶员由于一些原因希望停止或至少降低车辆速度。在此实施例的进一 步的扩展中，所述的至少部分地释放节气门控制装置是节气门控制装 置的总位移的至少15%的位移。根据本发明的方法的进一步的实施例，在所述的上陡坡行驶情况 期间控制单元感测到上陡坡行驶情况的改变，且所述的目标档位的选择将相应地被更新或消除。本发明的进一步的有利的实施例来自权利要求l的从属权利要求。
本发明将参考附图在下文中更详细地描述，附图为解释的目的示 出了本发明的进一步优选的实施例，且也示出了背景技术。图l如上所述地概略地示出了其中发生了上陡坡情况的典型的上 坡坡道，其中在上坡中指出了关于根据现有技术的换档策略的重要位 置；图2概略地示出了根据本发明的传动系；图3概略地示出了与图1中相同的上坡坡道，但其中在上坡中指出 了关于根据本发明的换档策略的重要位置；图4披露了在图1和图3中分别披露的上坡情况中的档步和相应的 传动比的对比；图5概略地示出了根据本发明的实施例使用的计算机设备。
具体实施方式
在一个实施例中，车轮装配有内燃机l，例如柴油发动机，内燃机 l带有联接到封闭在离合器外壳4内的单盘干片式离合器3的曲轴2。曲 轴2不可旋转地连接到输入轴7，该输入轴7可旋转地安装在变速箱9的 外壳8内。主轴10和中间轴11也可旋转地安装在变速箱壳体8内。齿轮 可旋转地安装在输入轴上且可以借助于设置有联接套的同步设备锁定 在轴上，同步设备以不可旋转的但轴向可移动的方式安装在心轴(hub) 上，心轴不可旋转地连接到输出轴。借助于所述的联接套，可旋转地 安装在主轴上的齿轮可相对于输入轴7锁定。借助于处于中间位置的所 述的联接套，所述的齿轮从它们各自的轴分离。以上所述的齿轮与同 步设备和联接套一起形成了分离器齿轮。另外的齿轮以旋转固定的方式布置在中间轴ll上，这些齿轮每个与可旋转地安装在主轴10上的各齿轮接合，可旋转地安装在主轴10上 的齿轮可以借助于另外的联接套锁定在主轴上。主轴的输出端布置为 通过推进器轴驱动至少一对轮。所有联接套可借助于伺服元件位移，伺服元件可以是气动运行的 活塞缸设备，其类型在以上所述类型的以名称I-shift (I-换档)销售的 变速器中利用。布置了控制单元45以控制不同的气动运行的活塞缸设备，以用于 在变速器的输入轴7和输出轴之间根据编程的逻辑规则接合不同的传 动比。从发动机1传送的转矩由节气门控制装置48 (通常为加速器踏板) 以已知的方式控制。从角度传感器49获得加速器踏板位置。控制单元 45也取决于加速器踏板位置控制燃料喷射(即发动机速度和转矩)， 且控制了到气动活塞缸设备的空气供给，通过活塞缸设备调节离合器 和同步的分离器齿轮。当档位选择杆46置于自动档位选择模式时，通过控制单元45基于 某些测量的和/或计算的参数自动地进行档位选择和换档决定，这些参 数例如是车速、发动机速度、车速改变率、发动机速度改变率、节气 门控制位置、节气门控制位置改变率、车辆制动系统的促动、当前接 合的传动比等，如从现有技术中已知。根据本发明的一个实施例，车辆内的控制单元45编程为感测上陡 坡行驶情况何时发生。作为感测至少当前道路倾斜、当前的车速、当 前的车辆总重和加速器踏板位置的结果，报告了所述的上陡坡行驶情 况。根据本发明，当车辆具有减速度时，即使加速器踏板压到其最大 (或几乎最大)位移位置(或发动机输出最大转矩或几乎最大转矩) 时，也报告上陡坡情况，且需要接合大于预先确定的传动比的传动比，使得对于所述的感测到的道路倾斜和车辆总重使得车辆可以度过上坡。在带有十四个前进档位的AMT中，所述的预先确定的传动比可以例如是一个相应的七档。因此，至少理论上使车辆能度过所述的上坡 的档步是一档至六档。当控制单元45感测到上陡坡的行驶情况时，为所述的上坡行驶情 况确定目标档位。目标档位是带有最低的可能传动比的最高的可能档 位，其中考虑到至少当前的情形，车辆将至少理论上能保持恒定的车 速或至少略微加速。根据本发明，控制单元45编程为适应进一步的减 档选择，使得将不选择和接合低于所述目标档位的档位。这意味着当具有与图1相同的质量和构造(即总重60吨且连接有拖 车)和相同的起动点(即35 km/h且第六档接合)且装配有根据本发明 的AMT的车辆进入如图1中相同的陡上坡时将发生如下情况。图3示出了与图1相同的上坡。在水平位置A3处，车辆以35 km/h 的速度且第六档接合而通过。在点C3处，车辆感测到道路的倾斜和减 速度。这样开始上陡坡行驶情况的报告，根据本发明该报告也触发了 对目标档位的确定。为了该特定的上坡情况，控制单元45确定三档将 是目标档位。因为车辆是重车，根据图3的道路是坡道且减速度相对地高，所以 编程的换档策略将使得AMT减档多于一个档步，这是因为存在档位可 能被"错过"的风险。控制单元45确定应减档至少两个档步，但因为 目标档位是从当前的第六档减档三个档步，且假定在接合下一个档位 期间也具有相同的上陡坡行驶情况，所以根据本发明控制单元45将适 用平常的换档策略，使得在此特定的上坡情况中下一个选中的档位将 是目标档位(例如三档)。目标档位在此是为此特定的上陡坡行驶情 况选择的最优档位，即三档在此给出了最低的燃料消耗、最高的平均 速度和最小的驱动轮打滑的风险，且车辆将至少理论上能度过所述的11上陡坡行驶情况，即在整个上坡中保持恒定的车速或至少略微加速直 至升高的水平位置B3。在位置D3处，根据本发明的AMT使三档接合且将更高的输出转矩 传递到车辆的被驱动轮，且减速度不如位置C处高。减速将最终停止且 转为至少恒定的车速或车辆的略微加速。因此，至少理论上(根据在 位置C3中存在的情形)存在足够的传递到被驱动轮的转矩，使得卡车 可以度过整个上坡直至位置B3。总结本发明的应用的例子，在例证的 上陡坡行驶情况期间的选中的换档次序根据本发明为6-3而非作为现有 技术的AMT的结果的6-4-l。当控制单元45确定目标档位时，此过程包括至少如下参数可获 得的车辆发动机功率，车辆总重，当前的道路倾斜，当前的车速和可 获得的总减速比(即，在发动机和被驱动轮之间的减速比)。目标档 位可以根据编程的公式在线计算，或从存储在控制单元45内的预先确 定的表中选取，该表可以通过车辆制造商生产然后安装在车辆内。在进一步扩展的本发明的实施例中，控制单元45编程为感测何时 不再希望上陡坡。当感测到这样的情况时，控制单元45编程为取消对 所述的目标档位的减档限制。所述的不再希望上陡坡的建立条件可以 是控制单元感测到至少部分地或完全地释放所述的节气门控制装置48的结果。对所述的目标档位的所述的减档限制的取消可以通过节气门 控制装置48的至少部分释放(ct)来触发，这可以至少是节气门控制 装置48的总位移(Y)的例如15%的位移。在本发明的另一个进一步扩展的实施例中，控制单元45编程为如 果在感测到上陡坡情况的改变(例如道路倾斜的改变)后控制单元连 续地感测到所述的参数，则在所述的上陡坡情况期间在某预先确定的 时间后重复感测上陡坡情况。根据本发明的实施例，道路倾斜的增加 可以触发对目标档位的新的选择，该目标档位优选地将是比第一次选中的目标档位更低的档位(具有更高的传动比)。道路倾斜的下降可 以给出更高的选中的目标档位(具有更低的传动比)，或如果道路倾 斜的降低足够大，则确立无上陡坡情况存在，且因此将取消对目标档 位的减档限制。图4披露了档位(档位数)和在图1和图3中分别披露的相应的在上 坡情况中选中的档位的直接对比。左侧列示出了根据在以上的"背景 技术"中披露的现有技术的档位选择过程的例子。右侧列示出了以上 所述的根据本发明的档位选择过程的例子。根据现有技术的用于相同的上坡情况的档位选择过程的进一步的 例子(选择的档位数)在下面给出a) 9-6-4-2b) 9-6-4-1c) 9-6-3d) 9-7-5匿2e) 8-6-4-1f) 7-5-2g) 7-4-2h) 7-4-1且如下是根据本发明的用于相同的上坡情况的档位选择过程的更 多的例子，即其中选择了目标档位3: i) 9-7-3 j) 9-6-3 k) 8-6-3 1) 8-5-3 m) 7國5-3 n) 7-6-3图5示出了根据本发明的一个实施例的设备500，包括非易失性存 储器520，处理器510和读写存储器560。存储器520具有其中存储了用 于控制设备500的计算机程序的第一存储器部分530。在存储器部分530 内的用于控制设备500的计算机程序可以是操作系统。设备500可以例如封闭在控制单元内，例如控制单元45。数据处理 单元510例如可以包括微型计算机。存储器520也具有其中存储了根据本发明的用于控制目标档位选 择功能的程序的第二存储器部分540。在可替代实施例中，用于控制目 标档位选择功能的程序存储在分开的非易失性数据存储介质550内，例 如CD或可交换半导体存储器。程序可以以可交换形式或压縮状态存储。当在下文中陈述为数据存储单元510以特定的功能运行时，应清楚 的是数据存储单元510运行了存储在存储器540内的程序的特定的部分 或存储在非易失性记录介质550内的程序的特定的部分。数据处理单元510被适配为用于与存储器550通过数据总线514通 讯。数据处理单元510也被适配为用于与存储器520通过数据总线512通 讯。另外，数据处理单元510被适配为用于与存储器560通过数据总线 511通讯。数据处理单元510也被适配为用于与数据口590通过使用数据 总线515通讯。根据本发明的方法可以通过数据处理单元510执行，这通过数据处 理单元510运行存储在存储器540内的程序或存储在非易失性记录介质 550内的程序进行。不应认为本发明限制于以上所述的实施例，而是在如下的权利要 求的范围内可构思多个进一步的变化和修改。
权利要求
1.一种在车辆上陡坡行驶情况下的行驶期间用于档位选择的方法，所述的车辆包括发动机(1)，发动机输出轴连接到机械式自动变速器(9)，变速器输出轴连接到车辆的至少一个被驱动轮，还包括用于接收输入信号的至少一个控制单元(45)，该输入信号包括指示了如下项的信号；所述变速器的接合的传动比，对于发动机转矩要求的节气门控制装置(48)的位移，和车速、所述发动机的旋转速度和所述输入轴的旋转速度的至少一个，且所述控制单元(45)用于根据编程的逻辑规则处理所述的信号，以向所述发动机(1)发出用于发动机控制的指令输出信号，且向所述变速器(9)发出用于档位选择的指令输出信号，其特征在于，当感测到上陡坡行驶情况时，确定对于所述的上陡坡行驶情况的目标档位，所述的目标档位是具有最低的可能的传动比的最高的可能的档位，其中车辆在至少当前的情形中将至少理论上能够保持恒定的车速或至少略微加速，且其中进一步的减档选择将被适用，使得不会选择和接合低于所述目标档位的档位。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述的上陡坡行驶 情况的报告是感测到至少当前的道路倾斜、当前的车速、当前的节气 门控制装置位置和车辆总重的结果。
3. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，对目标档位的所述 的确定包括至少如下参数可获得的车辆发动机功率、车辆总重、当 前的道路倾斜、当前的车速和可获得的总传动比。
4. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，当感测到不再希望 上陡坡的情况时，取消对所述的目标档位的减档限制。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对不再 希望上陡坡情况的确立是感测到至少部分地或完全地释放所述的节气门控制装置(48)的结果。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述的 至少部分地释放节气门控制装置(48)是节气门控制装置(48)的总 位移的至少15%的位<移。
7. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，在所述的上陡坡行 驶情况期间当控制单元(45)感测到上陡坡行驶情况的改变时，相应 地更新或消除所述的目标档位的选择。
8. —种计算机程序，包括当所述的计算机程序在计算机上执行 时，用于执行根据权利要求l所述的方法的程序代码。
9. 一种包括存储在计算机可读取介质上的程序代码的计算机程 序产品，当所述的计算机程序在计算机上执行时，所述的程序代码用 于执行根据权利要求l所述的方法。
10. —种可直接装载到计算机内的内部存储器的计算机程序产 品，所述的计算机程序产品包括当所述的计算机程序在计算机上执行 时，用于执行根据权利要求l所述的方法的计算机程序。
全文摘要
一种在车辆上陡坡行驶情况下的行驶期间用于档位选择的方法，所述的车辆包括发动机(1)，机械式自动变速器(9)，离合器(3)，和控制单元(45)，所述的控制单元(45)用于接收包括指示了车速、所述的变速器的接合的传动比、所述的发动机的旋转速度、输入轴的旋转速度和用于发动机转矩要求的节气门控制装置(48)的位移的信号的输入信号，且用于根据编程的逻辑规则处理所述的信号以向所述的发动机(1)、向所述的变速器(9)且向所述的离合器(3)发出指令输出信号。当感测到上陡坡行驶情况时，确定对于所述的上陡坡行驶情况的目标档位，所述的目标档位是具有最低的可能的传动比的最高的可能的档位，其中车辆在至少当前的情形中将至少理论上能够保持恒定的车速或至少略微加速，且其中进一步的减档选择将被适用，使得不会选择和接合低于所述的目标档位的档位。
文档编号F16H59/66GK101326389SQ200580052269
公开日2008年12月17日 申请日期2005年12月9日 优先权日2005年12月9日
发明者安德斯·埃里克森, 安德斯·林格伦, 彼得·滕普林, 西克斯滕·贝里隆德 申请人:沃尔沃拉斯特瓦格纳公司