用于选择适当的挡位的方法

专利名称：用于选择适当的挡位的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于选择汽车中的基于优化的运行参数的适当的挡位的方法，所 述汽车带有换挡变速器或自动变速器或至少部分自动的变速器，其中在开始经过路段时， 考虑到在行驶方向上位于前方的路段的高度变化曲线做出选择。
背景技术：
由现有技术已知有众多的辅助驾驶员驾驶汽车的方法。在此特别重要的是，针对 经济且环境友好的运行来优化汽车运行方式。相关地，汽车特别是商用车的经济且同时生 态化的运行方式包括既节省燃油又减小磨损的运行方式。由DE 10 2004 042 865 Al已知一种用于检测、分析和显示汽车的运行状态的方 法。所述方法主要基于如下内容检测并分析车辆的各种不同的运行参数，并根据存储在控 制单元中的参数特别是极限值，向驾驶员发出处理指示。这种处理指示可以通过能在视觉 上、听觉上和/或触觉上感觉到的信号来产生。此外由DE 10 2006 001 818 Al已知一种用于辅助驾驶员驾驶商用车的方法。所 述方法基于如下内容把要经过的行驶路段的地形情况存储在存储器中，从而在行驶期间 位置分辨地(ortsaufgelSst)调用有关在行驶方向上位于车辆前方的路段的高度信息，并 将这种高度信息提供给车辆控制单元。于是在选择特定的运行参数时，在车辆控制单元内 部考虑前方的地形情况，并在调节汽车工作组件时予以考虑。通过这种方式，考虑到前方路 段的高度变化情况，通过相应地调节发动机控制单元、至少一个制动装置和/或变速器控 制装置，可影响车辆的速度和/或加速度。另外，DE 10 2008 023 135记载了一种汽车运行方法，其中将实现优化的车辆滚 动运行(Rollbetrieb)，其方式为，对给定前方路段的地形数据、当前的速度以及车辆的滚 动特性参数予以考虑。采用这种方法能保证油耗优化(verbrauchsoptimiert)的运行方式， 其方式为，在上坡路段和下坡路段最大程度地利用车辆的滚动趋势。通过这种方式例如可 以在到达斜坡顶峰(Bergkuppe)之前及时地将车辆熄火，以便在上坡路段结束之前就已经 减小了发动机驱动力矩，从而车辆能滚动地越过路段的顶点，进而可以节省燃油。除了在汽车行驶期间优化油耗外，从经济的角度考虑，特别是汽车低磨损运行也 具有重要意义。因而，无论对于手动换挡，还是对于自动变速，例如在斜坡上过于频繁地 不必要地换挡都会一方面造成速度和时间损失，另一方面致使变速器和离合器受到严重磨 损。因此有利的是，在斜坡开始之前就已经选择适当的挡位，而在斜坡结束时，只要有可能， 就放弃将挡位切换回去。以此方式既能减小燃油消耗，又能减小离合器和变速器的磨损。但相关地，无论对于自动变速，还是对于有经验的了解路段的驾驶员，估计正确的 换挡时刻和选择适当的挡位始终都是经常出现问题，因为这里必须既要考虑斜坡的角度和 距离、当前的车辆速度，又要考虑相应的车辆载荷。

发明内容
基于现有技术和所述问题，本发明的目的因而在于，提出一种汽车工作方法，借此 能以优选的方式在很大程度上减少在经过路段特别是山坡路段时需要进行的换挡过程次 数。特别是将以比较简单的方式实现预先确定经过前方路段所需要的挡位，进而能实现选 取在斜坡开始时应优先选择的挡位。这里还要考虑到，只要有可能，就优选在坡度较小的路 段进行换挡过程，因为由于在换挡过程期间牵引力中断，在坡度较大的斜坡上能量损失较大。通过这种方式还将确保在上坡或下坡路段只需进行较少次数的换挡过程。所述方 法还能实现在经过上坡和/或下坡期间不会低于或高于可预先给定的最小或最大速度极 限值和分别对应的发动机转速极限值。采用根据权利要求1的方法、本发明的方法所使用的驾驶员信息系统、以及适合 于实施根据权利要求1的方法的变速器控制单元，即可实现前述目的。本发明的有利改进 是从属权利要求的内容，在下面的说明中将部分地对照附图对其予以详细介绍。一种用于选择汽车中的基于优化的运行参数的适当的挡位的方法，所述汽车带有 换挡变速器或自动变速器或至少部分自动的变速器，其中在开始经过路段时，考虑到在行 驶方向上位于前方的路段的高度变化曲线做出选择，根据本发明，对该方法进行如下改进 作为优化的运行参数，选择在经过路段时要进行的换挡过程的最少次数，其中基于汽车的 为了经过路段而预先确定的至少一个运行状态参数的变化曲线来求得经过路段所需要的 换挡过程的次数。采用所述方法因而能以优选的方式，考虑到存储在控制单元中的地形数据和当前 所处的挡位，为了经过前方路段而预先计算出车辆的运行状态参数的变化情况。根据一种 优选的实施方式，在控制单元中存储有规定用于预先计算的运行状态参数的最小和/或最 大的极限值。在这种情况下，针对路段将运行状态参数的变化曲线分别与下和/或上极限 值比较。本发明的一种合适的改进方案规定，适当地选取运行状态参数的下和/或上极限 值，使得汽车在该范围内能以位于车辆中的驱动单元的近乎最大的发动机转矩工作。相关 地有利的是，汽车的驱动单元经过适当设计，使得最大的发动机转矩在分别选取的运行状 态参数的较大的范围内得以遵守，从而运行状态参数的下极限值和上极限值相互离开得比 较远。本发明的一种特殊的实施方式规定，作为运行状态参数，至少选取汽车的速度和/ 或汽车驱动单元的转速。在这种情况下，因而可以考虑基于所处的或所选择的挡位以及前 方路段的地形情况，对速度和/或发动机转速的变化情况进行预先计算，其中优选将速度 和/或转速与所存储的极限值相比较。因而针对前方路段，优选针对斜坡，首先基于所处的 挡位预先计算在经过斜坡时所预料的速度和/或转速变化情况。这里要考虑到，针对每个 驱动单元，特别是针对每个内燃机，可以根据分别可选择的或可切换的挡位给出达到近乎 最大的发动机转矩时所在的速度或转速范围。相关地明显的是，一旦使用能在较宽的速度 范围内提供最大的发动机转矩的汽车驱动单元特别是内燃机，就能以优选的方式实现换挡 次数少的运行方式。例如申请人的内燃机即以该技术特征为特点。在本发明的方法的一种特殊改进中，一旦基于挡位预先确定的运行状态参数变化 曲线低于下极限值或高于上极限值，运行状态参数就基于另一种挡位继续进行后续变化，这种挡位不同于那时基于预先确定的挡位。因而如果确定出超过了极限值，就考虑到不同 于所选取的或所处的挡位的挡位，继续进行预先计算。优选在低于极限值时，以较小的挡位 作为预先确定运行状态参数的后续变化曲线的基础，而在高于极限值时以较大的挡位作为 其基础。在另一实施方式中规定，为了切换挡位，在选取合适的挡位或换挡次序时，考虑牵 引力中断的时段。在牵引力中断的时段内，车辆滚动，并在预先计算和检查至少一个极限值 的遵守情况时考虑相应的路段。通过这种措施来确保及时坡度较陡也能可靠地进行已开始 的换挡过程。这特别是使得在选择合适的换挡过程和/或换挡次序时能优选在坡度较小的 路段或部分路段规定一些换挡过程。在本发明的方法的一种非常特别合适的实施方式中，求得经过前方路段所需要的 最少换挡过程次数，其方式为，基于在斜坡之前很近处所处的挡位，来确定直至顶点的所预 料的速度和/或发动机转速变化曲线，并检查是否高于或低压所存储的极限值。如果通过 预先确定而判定出未高于或低于极限值，则可以在无需后续换挡过程的情况下经过前方斜 坡。只要作为极限值例如存储有特定于挡位的车辆速度，则这意味着，不必进行换挡过程， 因为可以在不低于预先给定的最小速度的情况下经过斜坡。相反，如果在预先计算运行状态参数变化曲线期间突破了极限值，则以后应在路 段的该位置选择另一挡位。对所预料的超过极限值情况做如下考虑从此时起，以另一挡位 继续进行预先计算。在选择挡位和/或各个路段之间的换挡次序时，优选还考虑换挡过程 期间的牵引力中断情况。基于多个挡位持续地进行预先计算，直至在不低于或高于极限值 的情况下到达前方路段的顶点，所述顶点至少可以是中间的高顶点或低顶点。在一种合适 的改进中，采用本发明的方法因而可以按所述方式来确定对于经过高度情况各不相同的前 方路段来说适当的挡位。因此，用于确定在斜坡开始时合适的挡位的以及为了经过斜坡而 要选取的换挡次序的主要优化方案是，一方面减少换挡过程的次数，另一方面遵守所存储 的运行状态参数极限值，特别是最小速度和/或最小发动机转速。本发明的一种特别合适的改进的特点是，基于本发明的方法，不仅确定前方路段 的至少一个换挡进行点，以该点作为后续计算的基础，而且还求得所谓的搭叠区域。这些路 段搭叠区域的主要含义是，为了经过这些搭叠区域，基本上至少有两个不同的挡位是适合 的。如果在求取经过路段所需要的最少次数的换挡过程时基于前述搭叠区域，则所求得的 搭叠区域的大小应使得它们至少部分地搭叠。在这种情况下，一次跳过多个挡位的换挡方 式要比相继地切换各个挡位更为合理。在本发明的一种特殊的实施方式中规定，从车辆控制器和/或导航系统读出有关 在行驶方向上位于前方的路段的高度变化情况的至少一种信息。有关高度变化情况的相应 信息因而可以有选择地在开始行驶之前存储在车辆控制器中，或者始终更新地从导航系统 中读出。在这里，究竟是高度信息例如手动地借助于数据载体传递到车辆控制器中，还是高 度数据位置分辨地优选自动更新地由导航系统或另一外部系统来提供，信息和/或数据从 该外部系统传递至至少一个车辆组件，这对于本发明并不重要。本发明的一种特别合适的改进方案规定，预先确定的在经过路段时预料的运行状 态参数的极限值通过数据转换的方式集成到至少一个体现高度变化情况的数据记录中。本 发明的这种特殊的实施方式的特点是，在速度变化曲线和发动机转速变化曲线上特定于每个挡位而存在的极限值可以通过简单的变换而转变为高度变化曲线。采用这种做法能以较 小的计算代价，通过叠加和移动极限值范围，在较长的路段上找到多个基本上合适的换挡 时机，并根据这些换挡时机来求得换挡过程即变速器换挡的所需要的最少次数。以此方式可以给车辆的相应控制单元特别是变速器控制单元传递一致的信息，即 一种表示高度信息的信号。在这种情况下，变速器控制单元根据高度信息来选取适当的挡 位。如果预先计算表明，对不同于已选挡位或所处挡位的挡位的选取是合理的，就将这种信 息传递至变速器控制单元，其方式为，将关于高度的信息提供给控制单元，由该控制单元引 起相应的换挡。在变速器控制单元内部的作为换挡选择依据的高度信息，在一定程度上通 过优选设计的数据变换来处理。在本发明的方法的一种改进中，在预先确定运行状态参数的变化曲线时，考虑汽 车的至少一种损耗阻力(Verlustwiderstand)，所述运行状态参数尤其是速度和/或转速。 在求取损耗阻力时，优选考虑汽车的载荷状态、总重量、轴载荷、滚动摩擦阻力和/或气流 阻力(StrSmungswiderstand)。损耗阻力被确定得越详细，即影响损耗阻力的车辆参数被考 虑得越多，就越能详细地确定车辆的针对后续路段预先计算的运行状态参数的变化曲线。


下面在不限制通用的发明构思的情况下，对照附图详细介绍本发明。图中示出 图1示出在不进行中间换挡过程的情况下有关前方路段的高度和速度变化情况；
图2示出在进行换挡过程的情况下有关前方路段的高度和速度变化情况。
具体实施例方式对照图1所述的方法基于如下内容为了通过前方路段，考虑到高度变化情况求 得换挡过程的次序，其中应确保一方面不低于可预先给定的最低速度，从而遵守发动机转 速下限，另一方面在所考察的路段上尽可能少地进行换挡。为此图1示出了曲线图，其中在 图IA中示出前方路段的高度变化曲线1，而在图IB中示出有关该路段的速度变化曲线2。 在图IA中，横坐标4表示要经过的路程，而在纵坐标5上绘制出高度变化曲线。补充地，在 图IB中，在纵坐标上绘制出速度变化曲线2，在横坐标上绘制出已经过的路程。前方路段的地形情况存储在车辆控制单元中，并与导航系统的关于车辆当前位置 的信息一起被读出。以此方式位置分辨地给车辆控制单元提供前方路段的高度数据。在图 1中所示情况下，系统识别到在前方路段要经过一个斜坡。图IB示出如已指定用于在行驶方向上位于前方的斜坡的速度变化曲线2。在这种 预先指定的范围内，首先求得当前所处的挡位，以及借助于已知的车辆位置，基于所存储的 高度变化曲线1求得斜坡变化情况。假定车辆在行驶期间以至少近乎最大的发动机转矩工 作，则针对每个挡位都在车辆控制单元中存储用于车辆速度和发动机转速值的极限值。所 存储的极限值是最小极限值和最大极限值，其经过适当选取，使得其在得以遵守的情况下， 车辆以近乎最大的发动机转矩工作。因此，只要车辆的工作速度范围或转速范围处于相应 的最小极限值和最大极限值之间，发动机或车辆就以近乎最大的发动机驱动力矩工作。为了能够针对每个挡位高精度地确定最大的和最小的速度和转速，亦即确定发动 机以近乎最大的转矩工作时所在的每一个速度或转速范围，在确定特定于挡位的极限值时还考虑由直接与发动机作用连接的附带负载(Nebenverbrauher )例如油泵和水泵引起的内 部发动机损耗。若内燃机的最大驱动力矩在较宽的转速范围内至少近乎恒定，则如此预先 确定适当的转速范围特别简单。基于如前所述存储在车辆控制单元中的或者至少可由车辆控制单元调用的信息， 针对前方斜坡预先确定速度或转速变化曲线2，使得发动机以近乎最大的驱动转矩工作。图 IA和IB中所示的方框3表示所选取的挡位的直接取决于发动机转速的上速度极限和下速 度极限。如由图IB可见，借助于所述预先确定来求得在经过斜坡期间的车辆速度变化情 况。在图IB中所示的情况下，速度下降，但并不下降到存储在车辆控制单元中的最小速度 极限值以下。车辆因而能以当前所处的挡位经过斜坡，而无需换挡过程。如所述预先确定 还表明，在达到斜坡顶点时，速度又增加。若驾驶员采取所推荐的用于经过斜坡的处理方案 并放弃换挡过程，则将可靠地避免不必要的换挡。图2A中也示出了在行驶方向上位于车辆前方的斜坡的高度变化曲线1。在这里， 横坐标4表示要经过的路程，而在纵坐标5上绘制出了高度变化曲线1。补充地，在图2B中 也绘制出了关于已经过的路程(横坐标)的速度变化曲线2 (纵坐标)。方框3表示特定于挡 位的不应低于或高于的速度极限值。如果在预先计算所预料的速度曲线过程中低于或高于 极限值，就基于另一挡位继续预先计算速度变化曲线。就所述实施例而言，为了经过斜坡进行预先计算。借助于这种预先计算，针对所示 情况判定在以所处的挡位经过斜坡时，预先计算的速度将下降到存储在车辆控制单元中 的最小速度以下。从通过预先计算做出将低于最小速度的判定的时刻起，将基于较小的挡 位继续进行预先计算。针对相应挡位存储的速度极限值重新基于这种继续进行的预先计 算。这些极限值可由图2B中所示的中间的方框得到。如由图2B还可看到，在挡位较小情况下进行的预先计算判定车辆速度再一次也 下降到针对较小的挡位存储在车辆控制单元中的最小速度以下。出于这个原因，从确定出 低于极限值时所在的斜坡位置起，以针对更小的挡位存储的值进行预先计算。只要驾驶员 坚持所推荐的换挡方案，或者针对具有自动变速器或部分自动变速器的车辆以如此方式进 行换挡过程，就能可靠地确保一方面以最少次数的换挡过程，另一方面以近乎最大的发动 机转矩，经过位于车辆前方的斜坡。在预先计算区段之间有一些搭叠区域6，在这些搭叠区域中可以有选择地置于两 个挡位之一，以便以最大的发动机转矩和最少次数的换挡过程经过前方斜坡。在当前情况 下，在搭叠区域6中看起来都只有两个挡位适合于符合前述优化方案。但也可以根据高度 变化曲线1以及车辆载荷例如装货，考虑使得搭叠区域6具有适当大小，从而一次跳过多个 挡位的换挡过程要比相继地切换各个挡位更为合理。作为所述优化方法的边缘条件，可以规定，一方面要确保遵守发动机转速极限的 极限值，但另一方面，最小速度极限值仅对于一定的挡位，特别是仅对于较大的挡位才有 效。如前所述，对斜坡路段的上述探讨首先假定不必进行换挡。在后续换挡的任一所 述步骤中，都检查在两个换挡过程之间的搭叠区域6中是否也可以采用适当的方式选择其 它挡位。以此方式确保实际上只确定用于斜坡路段的所需要的最少次数的换挡过程。可以补充地考虑选择用于发动机转速值或车辆速度的极限值，使得能在可预先给定的范围内改 变对输出的发动机转矩的要求。特别是可以考虑使得车辆在到达斜坡顶峰之前不久并不以 最大转矩工作，而是减小对可输出的转矩的要求。以此方式能进一步减少在经过斜坡时所 需要的换挡过程次数，即，避免在到达斜坡之前不久不必要地进行换挡过程。本发明的方法及其改进因而可靠地确保在经过前方斜坡之前就已经确定有待进 行的最少次数的换挡过程和换挡次序，而不会由此对驾驶舒适性造成不利影响。附图标记列表 1高度变化曲线 2速度变化曲线
3可预先给定的运行参数特别是最小速度或最小发动机转速的极限值 4横坐标 5纵坐标 6搭叠区域
权利要求
1.一种用于选择汽车中的基于优化的运行参数的适当的挡位的方法，所述汽车带有换 挡变速器或自动变速器或至少部分自动的变速器，其中在开始经过路段时，考虑到在行驶 方向上位于前方的路段的高度变化曲线(1)做出选择，其特征在于，作为优化的运行参数， 选择在经过路段时要进行的换挡过程的最少次数，其中基于汽车的为了经过路段而预先确 定的至少一个运行状态参数的变化曲线(2)来求得经过路段所需要的换挡过程的次数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于在开始经过路段时所处的挡位来预先 确定汽车的运行状态参数的变化曲线。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定用于要经过的路段的换挡次序。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在汽车的用于至少一个可选择 的挡位的车辆控制单元中存储有至少一个运行状态参数的下和/或上极限值，在确定换挡 过程次数时将所述极限值与预先确定的运行状态参数的变化曲线(2)相比较。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，适当地选取至少一个运行状态参数的下和 /或上极限值，使得一旦车辆以高于下极限值和/或低于上极限值的运行状态参数运行，就 至少获得汽车驱动单元的近乎最大的转矩。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，作为运行状态参数，至少选择 汽车的速度和/或汽车驱动单元的转速。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，基于前方路段的至少一种特性和/或至少一 种与路段有关的速度极限值，选择汽车速度作为运行状态参数。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，从车辆控制器的存储器中、从导航系统中和 /或从无线电信号的接收单元中，读出与路段有关的速度极限值。
9.如权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，考虑到前方路段的至少一个曲 率半径来选择速度。
10.如权利要求4至9中任一项所述的方法，其特征在于，一旦基于所处的或所选的挡 位，运行状态参数的变化曲线低于下极限值或者高于上极限值，就基于不同于那时所选的 或所处的挡位的挡位，来预先确定运行状态参数的后续变化曲线。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在低于极限值时，以较小的挡位作为预先 确定运行状态参数的后续变化曲线(2)的基础，而在高于极限值时以较大的挡位作为其基 石出。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在确定运行状态参数的变化曲线时， 和/或在预先确定挡位时，考虑至少在中间时间发生的牵引力中断情况。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，从车辆控制器和/或导航系 统中读出关于在行驶方向上位于前方的路段的高度变化情况的至少一种信息。
14.如权利要求4至12中任一项所述的方法，其特征在于，将预先确定的在经过路段时 预料的运行状态参数的极限值通过数据转换的方式集成到至少一个体现高度变化情况的 数据记录中。
15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，在预先确定汽车运行状态参 数的变化曲线时，考虑汽车的损耗阻力。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在求取损耗阻力时，考虑汽车的载荷状 态、总重量、轴载荷、滚动摩擦阻力和/或气流阻力。
17.如权利要求1至16中任一项所述的方法，其特征在于，在预先确定汽车运行状态参 数的变化曲线时，考虑由驱动单元组件引起的驱动单元损耗阻力。
18.如权利要求5至17中任一项所述的方法，其特征在于，根据高度变化情况来改变作 为确定最小和/或最大极限值的依据的发动机转矩。
19.如权利要求1至18中任一项所述的方法，其特征在于，通过驾驶员信息单元将所选 择的挡位告知给车辆驾驶员。
20.如权利要求1至19中任一项所述的方法，其特征在于，基于至少一个所选择的挡 位，通过驾驶员信息单元将手动选择挡位的推荐处理方案告知给车辆驾驶员。
21.一种汽车变速器控制装置，其中基于优化的运行参数，在开始经过路段时，考虑到 在行驶方向上位于前方的路段的高度变化曲线做出挡位选择，其特征在于，为了控制变速 器和/或换挡过程，采用根据权利要求1至18中任一项的方法。
全文摘要
说明用于选择汽车中的基于优化的运行参数的适当的挡位的一种方法以及一种变速器控制装置，所述汽车带有换挡变速器或自动变速器或至少部分自动的变速器，其中在开始经过路段时，考虑到在行驶方向上位于前方的路段的高度变化曲线(1)做出选择。所述方法以及控制装置的特征在于，作为优化的运行参数，选择在经过路段时要进行的换挡过程的最少次数，其中基于汽车的为了经过路段而预先确定的至少一个运行状态参数的变化曲线(2)来求得经过路段所需要的换挡过程的次数。
文档编号F16H59/66GK102128252SQ20111002280
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者胡贝尔 M., 德里姆尔 P. 申请人:德国曼商用车辆股份公司