專利名稱：超三參數(shù)最佳擋位決策自動變速箱控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型超三參數(shù)最佳擋位決策自動變速箱控制器，屬汽車自動變速箱控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自動變速箱的應(yīng)用越來越廣泛。自動變速箱的廣泛應(yīng)用的原因是其駕駛十分方便，在前行駕駛過程中無需駕駛員動腦筋決定什么情況用什么擋位，更不要駕駛員做任何動作去換擋，而是專心操作方向盤，既輕松又安全。自動變速箱有很多種，如液力式自動變速箱(AT )、機(jī)械式自動變速箱(AMT )、雙離合器自動變速箱(DCT )、無級自動變速箱(CVT、IVT )等，但無論是何種變速箱，都是由變速箱控制器(TCU)根據(jù)駕駛員的需求、路面狀況、和車子運行狀況等確定用哪個擋位最佳。只要使用自動變速箱的自動功能，無論傳統(tǒng)車輛是這樣，混合動力和純電動車輛也都是這樣?，F(xiàn)在最常用的擋位確定方式有兩種(I)兩參數(shù)方式用車速與油門開度去確定最佳擋位；(2)三參數(shù)方式用車速、油門開度與加速度去確定最佳擋位。目前大多數(shù)換擋規(guī)律均采用油門開度和車速作為換擋控制參數(shù)的兩參數(shù)控制。它的優(yōu)點是簡單，但會出現(xiàn)循環(huán)換擋的情況。加上加速度之后會減少循環(huán)換擋出現(xiàn)的概率，但還沒有從根本上解決問題，還有在經(jīng)濟(jì)性方面、動力性方面、駕駛舒適性、安全性等方面非常欠缺，不能滿足現(xiàn)代駕駛要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對二參數(shù)、三參數(shù)擋位確定法的缺陷提出一種新型的擋位決策方案。它從車輛的經(jīng)濟(jì)性方面、動力性方面、駕駛舒適性、安全性等方面出發(fā)，綜合決策最佳擋位。本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明在決策最佳擋位時在三參數(shù)(車速、油門開度與加速度)的基礎(chǔ)上增加下列參數(shù)發(fā)動機(jī)萬有特性或/電動機(jī)的效率圖譜、路面坡度、路面彎度、空氣溫度、發(fā)動機(jī)溫度/電機(jī)溫度、電池充電狀態(tài)或燃油液面、電池健康狀態(tài)或發(fā)動機(jī)健康狀態(tài)；由多到10個參數(shù)來確定最佳擋位。本發(fā)明超三參數(shù)最佳擋位決策自動變速箱控制器包括自動變速器控制器(TCU)100、信息中心110、路況觀察器120、最佳擋位決策中心130、換擋控制器140、發(fā)動機(jī)效率實時觀察器150、發(fā)動機(jī)狀況觀察器160。駕駛員、動力源(對于燃油車為發(fā)動機(jī)或?qū)τ陔妱悠嚍殡姍C(jī))、路況、車況等信息通過傳感器全部輸入到控制器100的信息中心110進(jìn)行處理。這些經(jīng)過處理、驗證后的信息被送到多個模塊路況觀察器120、發(fā)動機(jī)狀況觀察器160、發(fā)動機(jī)效率實時觀察器150。由這三個觀察器輸出的結(jié)果以及部分駕駛員的操控信號被送到最佳擋位決策中心130作為選擇最佳擋位的部分主要依據(jù)；最佳擋位決策中心130根據(jù)三個觀察器得到的結(jié)果以及駕駛員的操控指令自動決定最佳擋位；在得出了最佳擋位之后，該目標(biāo)擋位的信號被送到換擋管理器，由換擋管理器選擇執(zhí)行換擋方法。路況觀察器120的作用是判別現(xiàn)時道路是平路、上坡、下坡、還是拐彎。判別路面
3坡度可根據(jù)坡度傳感器直接測量值或用觀察器的計算分析得出道路的坡度。觀察器是根據(jù)發(fā)動機(jī)出力大小和車子實際速度來確定坡度。因為車子的速度決定于發(fā)動機(jī)出力大小和車輛的行駛阻力大小。發(fā)動機(jī)控制器可以準(zhǔn)確提供發(fā)動機(jī)實時的出力大小。行駛阻力則決定于更多因素，如車速、路面、輪胎磨損、輪胎壓力、風(fēng)力、道路阻力、傳動鏈阻力、車子質(zhì)量、和路面坡度等。對于一輛在行進(jìn)中的車輛，它的輪胎磨損、輪胎壓力、平路行駛阻力、傳動鏈阻力、車子質(zhì)量都基本不變，而變化的是車速、坡度和可能的風(fēng)力，所以路況觀察器120的作用之一就是根據(jù)發(fā)動機(jī)實時的出力大小和行駛狀態(tài)，排除其它因素對車速的影響，而得出路面坡度和車速的關(guān)系。拐彎信號可以由車子兩側(cè)兩個被動車輪轉(zhuǎn)速差來判斷或根據(jù)方向盤角度傳感器來直接測量。發(fā)動機(jī)狀況觀察器160的作用是判別發(fā)動機(jī)的實時熱效率和發(fā)動機(jī)本身的健康狀況。熱效率的獲得是通過對消耗的燃油、油溫、冷卻液溫度、和車子的加速能力相對應(yīng)計算而得，而發(fā)動機(jī)的健康狀況取決于發(fā)動機(jī)的怠速油耗、最高輸出功率和效率。發(fā)動機(jī)效率實時觀察器150的作用是自動學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)的實時效率并更新發(fā)動機(jī)的萬有特性曲線。在許多系統(tǒng)中都是采用發(fā)動機(jī)開發(fā)時測得的萬有特性曲線來作為換擋的依據(jù)，其實，發(fā)動機(jī)在運行過程中會越變越差，萬有特性的變化會很大，所以仍然按照新發(fā)動機(jī)時的萬有特性來決定換擋線顯然是不合時宜的。本發(fā)明采用實時更新的發(fā)動機(jī)萬有特性來實時評估如果降一或升一擋時的發(fā)動機(jī)效率，這樣對從燃油、發(fā)動機(jī)溫升和尾氣排放的角度來確定使用哪一個擋位提供了寶貴資料，這樣決定的換擋線保證了所選擇到的擋位是真正最佳的。最佳擋位決策中心130根據(jù)三個觀察器得到的結(jié)果以及駕駛員的操控指令自動決定最佳擋位可采用二種方法方法之一，是根據(jù)不同的模式查取不同的換擋規(guī)律線，這個辦法的綜合性較差，即它具有排他性；另一種方法是權(quán)位法，即各個模式按一定的權(quán)組合成一個綜合的換擋線，不同的模式占有不同的權(quán)數(shù)，這個綜合的權(quán)數(shù)最終形成一個換擋矯正量掌控選擇最佳擋位，這個最佳擋位是綜合了駕駛員的需求、又考慮到安全性、經(jīng)濟(jì)性、動力性、舒適性、可靠性等諸多方面。這樣的最佳擋位才是真正的最佳擋位。在過去的系統(tǒng)中，計算機(jī)的計算能力和電子存儲器容量有限而往往難以實現(xiàn)復(fù)雜的運算，而現(xiàn)在這些都是可能的。在得出了最佳擋位之后，該目標(biāo)擋位的信號被送到換擋管理器。如果選擇的最佳擋位和目前擋位不一致并且不存在循環(huán)換擋問題，那么就自動執(zhí)行換擋。對于不同的自動變速箱有著不同的換擋方法。如液力式自動變速箱(AT)就控制相應(yīng)閥門的開關(guān)以及離合壓力實現(xiàn)換擋；機(jī)械式自動變速箱(AMT)則通過對離合器、選擋、換擋、等機(jī)械機(jī)構(gòu)的驅(qū)動來實現(xiàn)換擋；而對雙離合器自動變速箱(DCT)則通過對兩個離合器以及選擋、換擋、等機(jī)械機(jī)構(gòu)的驅(qū)動來實現(xiàn)換擋。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明超三參數(shù)最佳擋位決策自動變速箱控制器通過多參數(shù)決策，解決了發(fā)動機(jī)衰老引起的萬有特性變化以及三參數(shù)換擋法不能兼顧駕駛員的需求、又考慮到安全性、經(jīng)濟(jì)性、動力性、舒適性、可靠性等諸多方面的最佳問題。本發(fā)明不僅可以應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)機(jī)動車上，也可用于混合動力、純電動等機(jī)動車上。


圖I是自動變速器控制器(TCT)；圖2是自動變速器控制器的控制模型；
圖3是自動變速器的最佳擋位決策控制模型；
圖4是一般發(fā)動機(jī)萬有特性曲線實例；
圖5是一電機(jī)效率圖譜實例；
圖6是路況觀察器的控制模型；
圖7是發(fā)動機(jī)健康狀況觀察器的模型；
圖中圖號為100是TCU;110是信息中心；120是路況觀察器；130是最佳擋位決策中心；140是換擋控制器；150是發(fā)動機(jī)效率實時觀察器；160是發(fā)動機(jī)狀況觀察器；131是換擋模式選擇器；132是最佳擋位抉擇器；121是車況自學(xué)習(xí)器；122是車速估算器；123是坡度估算器；161是發(fā)動機(jī)輸出扭矩觀察器；162是發(fā)動機(jī)熱耗觀察器；163是發(fā)動機(jī)瞬時效率觀察器和發(fā)動機(jī)健康綜合分析器電動機(jī)的效率和健康狀況。
具體實施例方式本發(fā)明的具體實施方式
如圖2所示。本實施例是以內(nèi)燃機(jī)作為主動力的車輛為例，對電動車的情況相類似。駕駛員、動力源(發(fā)動機(jī)或電機(jī))、路況、車況等信息通過傳感器全部歸納到控制器100的信息中心110進(jìn)行處理。這些經(jīng)過處理、驗證后的信息被送到多個模塊路況觀察器120、發(fā)動機(jī)狀況觀察器160、發(fā)動機(jī)效率實時觀察器150。路況觀察器用于判別現(xiàn)時道路是平路、上坡、下坡、還是拐彎。其判別路面坡度的原理是根據(jù)發(fā)動機(jī)出力和車子實際速度來確定坡度，也可用坡度傳感器來直接測量。路況觀察器包括車況自學(xué)習(xí)器、車速估算器和坡度估算器；如圖6所示，車況自學(xué)習(xí)器121通過預(yù)先設(shè)置的值加上運行中自學(xué)習(xí)調(diào)整的值確定車子質(zhì)量和自身阻力；車速估算器122則根據(jù)發(fā)動機(jī)出力以及車子的狀況估算在平路上車子應(yīng)有的速度；坡度估算器123則根據(jù)估算的應(yīng)有速度及實際車速加上歷史信息確定車子所運行的路面的坡度。拐彎信號是由車子兩側(cè)兩個被動車輪轉(zhuǎn)速差來判斷或方向盤轉(zhuǎn)角傳感器輸出來確定。發(fā)動機(jī)狀況觀察器160用于判別發(fā)動機(jī)的實時熱效率和發(fā)動機(jī)本身的健康狀況。發(fā)動機(jī)實時熱效率的獲得是通過對消耗的燃油、油溫、冷卻液溫度、和車子的加速能力相對應(yīng)計算而得，發(fā)動機(jī)的健康狀況取決于發(fā)動機(jī)的怠速油耗、熱效率及最高輸出功率的大小。怠速油耗多少的信息可以由發(fā)動機(jī)控制器通過CAN總線或其它通訊方式提供給變速箱控制器。圖7是發(fā)動機(jī)狀況觀察器160的示意圖。通過對怠速、熱量損失、最大輸出扭矩等，該觀察器可以判別發(fā)動機(jī)的即時熱效率和發(fā)動機(jī)的健康狀況。如圖7所示，發(fā)動機(jī)輸出扭矩觀察器161記錄在不同轉(zhuǎn)速下的最大輸出扭矩和在怠速下的油耗；發(fā)動機(jī)熱耗觀察器162統(tǒng)計發(fā)動機(jī)的熱耗從而計算發(fā)動機(jī)的即時效率；發(fā)動機(jī)健康綜合分析器163根據(jù)油耗、發(fā)熱、最大功率、各個情況下的效率而評定出發(fā)動機(jī)的健康狀況。電動機(jī)的效率和健康狀況也可用類似方法得出。發(fā)動機(jī)效率觀察器150的作用是自動學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)的實時效率并更新發(fā)動機(jī)的萬有特性曲線，如圖4所示是一般發(fā)動機(jī)萬有特性曲線實例。在許多系統(tǒng)中都是采用發(fā)動機(jī)開發(fā)時測得的萬有特性曲線來作為換擋的依據(jù)，其實，發(fā)動機(jī)在運行工程中會越變越差，萬有特性的變化會很大，所以仍然按照新發(fā)動機(jī)時的萬有特性來決定換擋線顯然是不合時宜的無奈之舉。本發(fā)明采用實時更新的萬有特性來實時評估如果降一或升一擋時的發(fā)動機(jī)效率，這樣對從燃油和尾氣排放的角度確定使用哪一提供了寶貴資料，這樣決定的換擋線保證了擋位選擇真正最佳。萬有特性的更新是根據(jù)發(fā)動機(jī)的健康狀況發(fā)出的瞬時發(fā)動機(jī)效率信息來進(jìn)行統(tǒng)計和自學(xué)習(xí)的。圖5是某電動機(jī)的效率圖譜。和發(fā)動機(jī)相類似，正確的擋位能夠使電動機(jī)工作在最佳效率區(qū)從而降低了電動機(jī)的能耗和發(fā)熱，提高了電池的利用率，延長了電池的壽命及單次充電行駛的距離。和發(fā)動機(jī)萬有特性的變化相類似，隨著電動機(jī)的使用，這個效率圖譜也不是一成不變的。從這三個觀察器輸出的結(jié)果以及部分駕駛員的操控信號被送到最佳擋位決策中心130作為選擇最佳擋位的部分主要依據(jù)。最佳擋位決策中心130根據(jù)三個觀察器得到的結(jié)果以及駕駛員的操控指令自動決定最佳擋位。方法之一是根據(jù)不同的模式查取不同的換擋規(guī)律線，這個辦法的綜合性較差，即它具有排他性；另一種方法是權(quán)位法，即各個模式按一定的權(quán)組合成一個綜合的換擋線，不同的模式占有不同的權(quán)數(shù)，這個綜合的權(quán)數(shù)最終形成一個換擋矯正量掌控選擇最佳擋位。這個最佳擋位是綜合了駕駛員的需求、又考慮到安全性、經(jīng)濟(jì)性、動力性、舒適性、可靠性等諸多方面。這樣的最佳擋位才是真正的最佳擋位。在過去的系統(tǒng)中，計算機(jī)的計算能力和電子存儲器容量有限而往往難以實現(xiàn)復(fù)雜的運算，而現(xiàn)在這些都是可能的。在得出了最佳擋位之后，該目標(biāo)擋位的信號被送到換擋管理器，由換擋管理器選擇執(zhí)行換擋方法。如果選擇的最佳擋位和目前擋位不一致并且不存在循環(huán)換擋問題，那么就自動執(zhí)行換擋。對于不同的自動變速箱有著不同的換擋方法。如液力式自動變速箱(AT)就控制相應(yīng)閥門的開關(guān)以及離合壓力實現(xiàn)換擋；機(jī)械式自動變速箱(AMT)則通過對離合器、選擋、換擋、等機(jī)械機(jī)構(gòu)的驅(qū)動來實現(xiàn)換擋；而對雙離合器自動變速箱(DCT)則通過對兩個離合器以及選擋、換擋、等機(jī)械機(jī)構(gòu)的驅(qū)動來實現(xiàn)換擋。換擋管理器150是以AMT為例來表示本發(fā)明的功能的。
權(quán)利要求
1.一種超三參數(shù)最佳擋位決策自動變速箱控制器，其特征在于，所述控制器包括自動變速器控制器(100)、信息中心(110)、路況觀察器(120)、最佳擋位決策中心(130)、換擋控制器(140 )、發(fā)動機(jī)效率實時觀察器(150)、發(fā)動機(jī)狀況觀察器(160 ); 駕駛員、動力源、路況、車況的信息通過傳感器全部輸入到控制器(100)的信息中心(110)進(jìn)行處理；這些經(jīng)過處理、驗證后的信息被送到路況觀察器(120)、發(fā)動機(jī)狀況觀察器(160)、發(fā)動機(jī)效率實時觀察器(150);由這三個觀察器輸出的結(jié)果以及部分駕駛員的操控信號被送到最佳位決策中心(130)作為選擇最佳擋位的部分主要依據(jù)；最佳擋位決策中心(130)根據(jù)三個觀察器得到的結(jié)果以及駕駛員的操控指令自動決定最佳擋位；在得出了最佳擋位之后，該目標(biāo)擋位的信號被送到換擋管理器，由換擋管理器選擇執(zhí)行換擋方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超三參數(shù)最佳擋位決策自動變速箱控制器，其特征在于，所述路況觀察器(120)用于判別現(xiàn)時道路是平路、上坡、下坡、還是拐彎；判別路面坡度可根據(jù)坡度傳感器直接測量值或用觀察器的計算分析得出道路的坡度；觀察器是根據(jù)發(fā)動機(jī)出力大小和車子實際速度來確定坡度；拐彎信號是由車子兩側(cè)兩個被動車輪轉(zhuǎn)速差來判斷或根據(jù)方向盤角度傳感器來直接測量； 所述路況觀察器包括車況自學(xué)習(xí)器、車速估算器和坡度估算器；車況自學(xué)習(xí)器(121)通過預(yù)先設(shè)置的值加上運行中自學(xué)習(xí)調(diào)整的值確定車子質(zhì)量和自身阻力；車速估算器(122)則根據(jù)發(fā)動機(jī)出力以及車子的狀況估算在平路上車子應(yīng)有的速度；坡度估算器(123)則根據(jù)估算的應(yīng)有速度及實際車速加上歷史信息確定車子所運行的路面的坡度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超三參數(shù)最佳擋位決策自動變速箱控制器，其特征在于，所述發(fā)動機(jī)狀況觀察器(160)用于判別發(fā)動機(jī)實時熱效率和發(fā)動機(jī)本身健康狀況；所述發(fā)動機(jī)實時熱效率的獲得是通過對消耗的燃油、油溫、冷卻液溫度、和車子的加速能力相對應(yīng)計算而得，所述發(fā)動機(jī)健康狀況取決于發(fā)動機(jī)的怠速油耗、最高輸出功率和效率。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超三參數(shù)最佳擋位決策自動變速箱控制器，其特征在于，所述發(fā)動機(jī)效率實時觀察器(150)用于自動學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)的實時效率并更新發(fā)動機(jī)的萬有特性曲線，采用實時更新的萬有特性來實時評估如果降一或升一擋時的發(fā)動機(jī)效率，這樣對從燃油、發(fā)動機(jī)溫升和尾氣排放的角度確定使用哪一種擋位提供了依據(jù)，由此決定的換擋線保證了擋位選擇真正最佳。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超三參數(shù)最佳擋位決策自動變速箱控制器，其特征在于，所述最佳擋位決策中心(130)根據(jù)三個觀察器得到的結(jié)果以及駕駛員的操控指令自動決定最佳擋位；其方法是權(quán)位法，即各個模式按一定的權(quán)組合成一個綜合的換擋線，不同的模式占有不同的權(quán)數(shù)，這個綜合的權(quán)數(shù)最終形成一個換擋矯正量掌控選擇最佳擋位。
全文摘要
一種超三參數(shù)最佳擋位決策自動變速箱控制器，該控制器包括自動變速器控制器(100)、信息中心(110)、路況觀察器(120)、最佳擋位決策中心(130)、換擋控制器(140)、發(fā)動機(jī)效率實時觀察器(150)、發(fā)動機(jī)狀況觀察器(160)。由觀察器輸出的結(jié)果及駕駛員的操控信號作為選擇最佳擋位的依據(jù)；最佳擋位決策中心(130)根據(jù)三個觀察器得到的結(jié)果以及駕駛員的操控指令自動決定最佳擋位，選擇執(zhí)行換擋方法。本發(fā)明通過多參數(shù)決策，解決了發(fā)動機(jī)衰老引起的萬有特性變化以及三參數(shù)換擋法不能兼顧駕駛員需求的問題。本發(fā)明不僅可以應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)機(jī)動車上，也可用于混合動力、純電動等機(jī)動車上。
文檔編號F16H61/02GK102927262SQ201210437750
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者劉貽樟, 陳愛美 申請人:廣東戈蘭瑪汽車系統(tǒng)有限公司