基于坡度和有效负载估计的变速器档位选择的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及在例如具有自动变速器的铰接式卡车等重型机械中控制变速器档位选择。更具体地，本发明涉及包括自动变速器的重型机器，并且所述自动变速器根据在多个预定的变速器档位选择规律中所选的某一个来控制。档位选择规律根据观测到的指示功率需求的条件进行选择。所述条件包括操作者的需求(例如，油门位置)以及机器负载(例如，机器重量、行驶路面坡度等)。
【背景技术】
[0002]诸如铰接式卡车和平路机/铲土机等轮驱式重型机械在不同的条件下工作时，要求通过传动系的输出而产生大小不同的驱动力(即扭矩)来推进机械。所述条件包括路面类型、坡度以及货物有效负载情况。此外，车辆传动系控制还需考虑到人力操作员的预期，例如通过当前油门位置所指示的预期。因此，车辆传动系控制的至少一个重要方面是考虑当前操作条件和驾驶员的需求并给予相应的车辆传动系控制命令(例如，增加燃料/空气流、减少/增加变速器传动比等)。
[0003]在Kresse的美国专利US 7，499，784中描述了变速器档位/换档选择的控制方法:基于检测到的条件为在开阔公路上(例如半拖挂车)卡车的变速器选择换档规律；特别地，基于车辆质量和估计的道路坡度选择换档规律。在该实施例中，道路坡度估值根据当前的车体质量(包括有效负载)和传动系的牵引力计算。引起卡车加速的净力是通过从车轮上传动系所产生的扭矩中减去各种力(刹车、牵引以及坡度)来确定。具有遗忘因子的递归最小二乘估算器有助于从上述参数值中生成道路坡度的第一估计。当检测到较差的信噪比条件时，第二坡度估计提供另一坡度值。车辆质量估计和坡度估计由两个可选的坡度估计源之一提供，并为在性能模式(高功率)和经济模式(高节油)之间切换的变速控制提供输入。
[0004]Nitz的欧洲专利第O 512 596 Al号公开了换档模式控制，其中响应道路负载中的变化而变换升档/降档。在车辆拖引挂车，行驶在爬坡车道和/或遇到异常空气动力载荷的情况下可能出现上述常规的道路负载条件。在检测到道路负载过度的情况下，采用的换档模式的特征是车辆在上述常规道路负载条件下行驶过程中，在减速期间提前降档并在加速期间延迟升档。
[0005]本文所述的示例性方法及变速器总成(包括其控制器)的各个方面克服了现有技术中的缺陷。
【发明内容】
[0006]本发明介绍了一种车辆以及通过该车辆来执行的一种方法。车辆包括自动变速器及一组传感器输入，该输入提供指示车辆当前操作状态的数据以及与自动变速器控制相关的数据。该组传感器输入包括:发动机转速、发动机的扭矩、当前变速器档位；以及车辆速度。此外，车辆还包括配置计算机可执行指令的程控处理器，以便反复并相互依赖地产生车辆质量参数值以及倾斜度参数值。当产生车辆质量参数值以及倾斜度参数值时，程控处理器使用一套参数，包括:驱动车辆的推进力；作用于车辆上并阻止向前运动的一组力，以及观测到的车辆速度变化的速率；此外，本发明进一步包括由实施上述功能的车辆执行的一种方法及一种包括计算机可执行指令的永久机读媒介，该指令由处理器/控制器执行以实现上述功能。
【附图说明】
[0007]尽管所附权利要求书说明了本发明的特征及特性，但根据附图及下列详细说明可以更好地理解本发明及其优点。其中:
[0008]图1为自动平地机/车辆的轮廓图，其作为一个示例，用于示出适合包括本公开的负载/坡度估算器和档位选择方法的机器；
[0009]图2为本公开中的示例性机器的程控控制器、自动变速器及相关部件的框图。
[0010]图3a用图示方式描述一组功率曲线及采用标准方式进行换挡操作的机器；
[0011]图3b用图示方式描述一组功率曲线和根据自动变速器基于性能的减档方案来进行换挡操作的机器；
[0012]图4是一张流程图，该流程图根据本发明对采用程控控制器执行并对自动变速器进行管理的示例性过程进行了操作概述；和
[0013]图5是包括在程控处理器构造中的一套功能块的示意图。该功能块用于根据操作中施加在车辆上的被观测力执行质量和坡度的计算。
【具体实施方式】
[0014]在参看附图之前，应当注意，本发明涉及包括自动变速器的车辆，所述自动变速器由程控控制器进行管理，以便于部分地基于动力传动系性能参数(例如，动力曲线、扭矩曲线等)、有效载荷估算以及坡度估算来管理档位选择(换档点)策略。有效载荷估算和坡度估算通过确定可能施加到运动中的车辆上的作用力而得到。基于计算的有效载荷估算和坡度估算，控制器选择性地触发车辆预设的多个换挡控制规律中的一个。例如，在遇到总阻力超过车辆(在当前所选档位的)当前推进力的情况下，触发高输出档位换档控制规律。高输出档位换档控制规律的特征在于在车辆线性减速期间提前减档，这样可以维持动力传动系的高(动力和/或扭矩)输出，同时由于在车辆的当前行驶方向上，遇到高运动阻力，在机器减速期间降档。在示意性实例中，执行降档控制规律以维持在驱动轮/行驶路面界面处测量的高动力传输，在此高动力传输指的是"轮缘动力"(由轮外缘/边缘施加的用以沿着路面驱动车辆的动力)。
[0015]沿着行驶路面遇到汽车运动的高阻力，可以归于各种原因，原因包括:承载重负载、沿着陡坡行驶、机具/工具(例如，平土机刮刀)阻力等。本文所述的系统与方法考虑了多种可能变化的车辆运动阻力源，以便确定，例如，合适的换挡规律，比如确定是否触发用于自动变速器的提前减档规律，从而保证在一系列换档期间使传动系的输出处于或者靠近最大值。
[0016]本文描述的由程序控制器执行的传动控制策略包括两个广义函数。第一函数基于当前确定的动力传动系输出扭矩来确定最后档位，所述输出扭矩在车轮/地面界面处测得，需要对抗当前的向前运动阻力。举例来说，这种阻力是车辆当前试图攀爬的测量坡度和当前车重的函数。例如，测量坡度由惯性测量单元提供。车重由下列各种方法中的任一种确定，所述方法包括基于机器特性而确定以及基于物理学的计算(例如，作用力=(质量)*(加度速))而确定。
[0017]两个广义函数的的第二函数基于由第一函数提供的最终档位以及包括油门位置、负载状态、机器加速度以及当前档位的因素组合来选择合适的降档规律。第一模块功能和第二模块功能的组合便于在由于机器变速器提供的推进力遭遇高阻力而需要经历一系列降档的同时具有恒定的档位切换性能。
[0018]示例性有效负载和坡度估计器用于触发性能换挡策略以便于在爬陡峭坡度的同时在减速期间以最大轮缘功率运行，简要地概述其一般功能后，请，注意参照图1，图1提供引入此种控制方案的机器100的一个示例的简要透视图。在图1的说明中，机器100是自动平地机，自动平地机是机器的一个示例以说明所描述的有效负载和坡度估计器的概念，所述估计器的输出由用于自动变速器的程序控制器所使用，以触发基于性能的换挡策略。虽然结合自动平地机来说明此种布置，但本文所描述的布置可能应用在各种其它类型的机器中，例如，轮式装载机、铰接式卡车等。术语“机器”涉及执行与以下行业:采矿、建设、农业、运输，或本领域已知的任何其他产业等，有关的一些操作方式的任何机器，该机器。例如，机器可以是自动倾卸车、锄耕机、平地机、材料操纵器等等。
[0019]自动平地机在本文中具有用于说明的示例性意义。在图1中示出在示例自动平地机101中的机器100的侧视图。为了说明的目的，在本文中描述自动平地机101，该机器具有通过流体静压力操作的推进回路用以使得机器移动经过地形，以及液压操作的实施回路来操作用于执行各种机器任务的器具。然而，也可设想为机器提供动力的任何其它模式，例如借助电动操作的电动机和/或致动器。例如，机器100的替代实施例可包括发电机或者能够产生替代形式的能量(例如电能)的其它装置。
[0020]在图1中示出的自动平地机101通常包括由发动机机架102和执行部分104组成的两片式机架。可替代地，自动平地机101可包括单一式机架件。示出的实施例中的发动机机架102通过枢轴(未示出)连接至执行部分104。执行部分104包括驾驶室106和接触地面的二个惰轮108 (仅一个可见)。在示出的实例中，所述的工具(刮刀110)沿执行部分104的中间部分悬挂。可以有选择地调节刮刀110在不同高度和角度接合地面，以在操作自动平地机110时达到期望的坡度或轮廓。通过致动器的系统实现刮刀110的位置调整，通常如图1中的112所示，而在操作期间通过杆114实现对刮刀110承受的力的支撑，杆114枢转连接执行部分104至刮刀110.
[0021]发动机机架102支撑发动机(不