CN101595331B - 用于车辆驾驶辅助的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于带手动控制传动系齿轮比的车辆的推进单元的驾驶辅助方法和装置，其中使用带有计算器的控制***来控制给予驾驶者的推荐的传动比的指示，该指示是基于来自驾驶者并且取决于车辆在任一时刻的多种驾驶状况的请求信息，以及换档规则图，从该映射图中根据每一时刻的车辆速度确定针对最优燃料消耗量和最小化污染物排放的待推荐的传动比。根据本发明，针对最优消耗所推荐的传动比是通过对涉及驾驶安全性及舒适性的一组约束项逐一地进行考虑而在多个连续的步骤中被校正的，每一步骤都具有相对于前一步骤的优先级，以使得最终推荐的传动比是在所述不同约束项之间的、同时将重点放在驾驶安全性上的优化折衷。

Description

用于车辆驾驶辅助的方法及装置

技术领域

本发明的目的是一种用于辅助车辆的推进单元的控制的方法及装置，该单元具有手动变速箱或者能够手动操作的半自动变速箱。

背景技术

机动车辆由一个推进单元所驱动，该单元包括一个驱动发动机、一个离合器以及一个变速箱，该变速箱允许在发动机的输出轴与多个驱动轮之间的传动比根据该车辆的速度以及发动机的扭矩要求而变化。

变速箱可以由驾驶者手动控制或者可替代地被自动地控制，通过对不同的指标并且至少在有关时刻对车辆的速度以及发动机的负荷给予适当的考虑来对换档做出决定。

在自动变速箱的情况下，这些指标表现为换档规则的形式，这些规则可以用图1所示的方式而被直观化，在图中，横坐标轴表示车辆的速度而纵坐标轴表示代表在每一时刻的驾驶者意愿的信息，该信息可以表现为加速器踏板或者进风口蝶形阀的打开角度的位置或者，可替代地，在柴油发动机的情况下是所注入的燃料量。

如图1所示，这些规则被定义成使得在越高的车速上进行换档发动机上的负载就越大。此外，在图1中以实线表示的这些升档曲线与这些降档曲线相偏离，这样对于相同的发动机负载(即相同的加速器踏板位置)，从较低齿轮传动比到较高齿轮传动比的换档(例如从三档到四档)与决定在相反的方向上进行换档(即从四档向下变到三档)的速度相比发生在一个明显更高的速度上。这因而避免了一种称为“行车摆动”的现象，也就是说齿轮传动比在换档曲线附近的不稳定性，如果升档和降档发生在完全相同的速度及负载的条件下则会发生这种情况。

图1是一个相对简单的例子，但是，实际上，这些换档规则需要进行适配以适应不同的驾驶状况并且有必要对其他的因素给予适当的考虑，例如发动机以及变速器的温度、道路条件(例如该道路条件可能禁止在转弯时升档)以及简单地加速器踏板升起或被踩下的速度，这直接由驾驶者控制并且也许对应于一个简单的反应或者不适时的操作，该简单的反应或不适时的操作在给定的驾驶状况下在有关时刻并不支持一次换档。

此外，现代车辆具有对发动机的功率控制起作用的其他***，例如牵引力控制***或巡行控制(稳定性)***或限速器，关于对功率要求的信息因而来自调节器。

在自动或半自动变速箱的情况下，换档必须考虑到众多因素以及关于驾驶状况的信息。因此，需保证的传动比是由计算机来确定的，该计算机包括不同的计算单元，这些计算单元组合所接收的信息以在适当的时刻适当地控制换档，特别地是为了通过始终保留所需要的功率预留来应对突发状况来确保驾驶安全性。

自动变速很长时间以来一直是非常深入研究的主题并且已经提交了众多专利申请来涵盖不同的改进，例如，FR-A-2 545 567，它具体地涉及禁止不适时的换成高档位；FR-A-2 863 331，它的目的是换档的预期，具体而言，使之能够避免降档被执行得过晚(例如在本应希望更快恢复速度时)；或者FR-A-2 864 193，它的目的是检测驾驶状况，例如上坡、转弯、下坡，并且从驾驶者(通过他在加速器踏板上的动作所表现)的意图来推断出或者是将当前齿轮传动比锁定或者是适当的换档。

然而，这些换档规则现在被设计为将燃料消耗量最小化并且还必须对有关污染物排放量的约束项给予适当的考虑。

因此，自动变速箱控制***正在变得日益复杂，因为它们必须同时对彼此间相互作用的众多因素给予适当的考虑。

相比之下，在带有手动、机械的或半手动的变速箱的车辆中，是驾驶者以一种升档或降档的方式来选择什么时间他必须换档，这是根据车辆的速度、发动机的速度、以及在上坡、下坡或例如接近弯道时的道路条件。

为此，驾驶者自己在视觉上对该道路的条件进行评估并且对在仪表板上指示的车辆的速度以及有可能对指示发动机速度的转速计给予适当的考虑。

相比之下，对于驾驶者来说更加困难的是为自己评估他需要保证什么样的齿轮传动比以减少他的燃料消耗量以及污染物排放量。

因为燃料经济指标对于重型货车相当重要，所以将所推荐的齿轮传动比指示给驾驶者的驾驶辅助***在几年前已经被提出。

例如，文献FR-A-2 431 737描述了这种装置，该装置包括一个计算机，该计算机对传感器测量出的发动机速度、车辆速度以及负载的瞬时值给予适当的考虑，以便可视地或可听地显示有关燃料消耗量以及(必要时)需要升档或降档的信息。

具体而言，指示等量燃料消耗量的不同曲线的发光表显示了扭矩/速度图以使得驾驶者能够随时核查他是否在一个最佳消耗量的范围内驾驶。

这个指示由计算机根据驾驶者所要求的发动机扭矩来提供，该发动机扭矩例如可以用加速器踏板的位置来表示。

然而，对生态学要求的不断增长的认识以及法程的演进导致了这种驾驶援助***对于所有车辆的普遍化，这对所有的驾驶者提供了减少其燃料消耗量的手段。

对于带有自动变速器的车辆，通过将新的约束项引进控制计算机之中可以做到这一点，但是这也使得必须在带有手动变速箱的车辆中装配这样一种***：该***例如通过可视的或可听的显示器来让驾驶者知道为减少其燃料消耗量和污染物排放量所推荐的传动比。

例如，文献US 4 439 158描述了一种用于带有手动变速箱及离合器的车辆的这种***，在该***中换档指示的计算基于发动机速度、变速器的减速比和发动机上的负载，以及其他因素，如发动机温度、车辆速度与有效负荷。

文献FR-A-2 863 092也描述了一种用于显示所推荐的齿轮传动比的***，该***包括这样一种元件，：其基于换档规则图、根据车辆速度和一个代表施加于发动机上的负载且用例如加速器踏板的位置所表示的变量来计算齿轮传动比的值。然后，用校正单元校正如此确定的推荐齿轮传动比的值，该校正单元在输入中接收不同的信息，这些信息与下列因素有关：道路坡度、车辆速度、瞬时加速度以及在较高齿轮传动比中车辆所具有的瞬时加速度、发动机转速、所选择的驾驶风格、加速器踏板的位置以及它被踩下的速度、刹车的激活状态等等。

这种考虑了会产生组合效应的众多信息的***是十分复杂的，并且因而需要昂贵的大型计算装置。

发明内容

然而，为了遵守日益严格的规则，似乎有必要使所有类型的车辆都装配上这样的驾驶辅助***。因此，本发明的目的是借助于一种用于辅助驾驶的新方法来解决这个问题，该方法使用简单、成本低以及有限体积的装置就能够实现。

已知地，车辆配备有包括计算机的控制***，在该计算机中装入了换档规则图，基于这个图、根据车辆在每一时刻的速度确定针对最优燃料消耗量以及最小污染物排放量的推荐齿轮传动比。

根据本发明，对所推荐的齿轮传动比在连续的步骤中进行校正，这些步骤逐一地对一组与安全和车况有关的约束项给予适当的考虑，每一步骤相对于前一步骤具有优先级，这样最终所推荐的齿轮传动比是在这些不同约束项之间的、有利于驾驶安全的一种优化的折衷。

特别有利地，该计算机包括多个分离的计算模块，这些模块被分配给待考虑的每一个约束项，并且在每个校正骤中，相应的模块核查在前一步骤中的推荐齿轮传动比的值与该模块所涉及的约束项的相关性，并且根据该核查的结果来确定或者是直接移至下一步骤同时保持前一步骤中的推荐齿轮传动比、或者是向上或向下更改这一推荐齿轮传动比。

在一般的情景中，其中有关驾驶者意愿的信息是以加速器踏板被踩下的程度来表示的，对踏板被踩下的速度进行测量，并且低于给定速度的过缓的踩下阻止了任何降档的要求而不禁止在车速增加的情况下的升档。

同样，如果加速器踏板以高于给定阈值的速度迅速地抬起，则升档的要求被中止。

本发明还涉及一种用于实现该方法的装置，其特征在于，计算机一方面包括用于通过考虑车速并且根据有关驾驶者意愿的信息来确定针对最优燃料消耗量的推荐齿轮传动比的元件，并且另一方面包括多个分离的计算模块，这些计算模块相互独立并且各自被分配给确定的驾驶约束项，所述模块被系列地放置以使得在需要的情况下每一模块可对推荐传动比的值进行校正，该校正适配于所考虑的约束项并且是按照有利于驾驶安全性的顺序，由模块在必要时实施的每个校正相对于由前一模块所实施的校正而言都具有优先级。

在优选的实施例中，所述计算机包括：选择单元，该选择单元用于根据代表每一刻的道路条件和推进单元状态的信息来选择换档规则；以及规则管理单元，该规则管理单元用于通过在每一刻考虑速度以及必要时的施加于刹车器上的动作、根据所选择的规则以及有关驾驶者意愿的信息来确定推荐的传动比。

特别有利地，独立的校正模块被系列地放置并且各自被分配给驾驶约束项，每一模块包括：用于与前一步骤中的推荐齿轮传动比的值相对应的信号的输入端；用于代表为了在必要时激活模型所考虑的参数的一个或多个信号的输入端；用于在不激活模块的情况下将前一步骤中的推荐齿轮传动比的值发送到下一步骤的直接输出端；以及用于在激活模块后将根据所考虑的约束项而校正的齿轮传动比发送到下一步骤的输出端。

根据另一个优选的特征，该组校正模块从确定最优燃料消耗量的齿轮传动比开始依次地至少包括：

-防行车摆动模块，以便在每一时刻保持充足的功率预留，

-冻结模块，用于在未满足安全条件并且在检测到车辆拐弯的情况下维持所保证的齿轮传动比，

-预测和抗连接模块，用于中止在前一换档要求之后过快地到来的换档要求并且如果驾驶者执行了与推荐相反的换档则延缓所述要求。

有利地，用于确定针对最优燃料消耗量的推荐齿轮传动比的元件之后紧随一阻止模块，该阻止模块是通过对加速器踏板踩下速度的的测量而被激活的，如果加速器踏板是被以低于给定速度的速度缓慢地踩下，则该阻止模块维持所保证的齿轮传动比的值，然后为了最终确定要指示给驾驶者的推荐齿轮传动比而需要对该齿轮传动比的值进行可能是接连的校正。

附图说明

参考附图，通过阅读下面对作为例子而给出的特定的实施例的描述，本发明的其他有利特征将变得明显。

图1是指示了用于升档和降档的换档规则的一个例子的扭矩/速度图；

图2是示出了根据本发明的、用于显示推荐齿轮传动比的***整体结构的总体图；

图3是示出了如何将所述方法的连续步骤连接在一起的流程图。

具体实施方式

图1的扭矩/速度图是换档规则图的一个例子，该例子指明了在加速的情况下、根据车辆速度驾驶者应当何时升高速档，或者是换低速档以降档，例如在上坡或进入弯道前刹车的情况下。

例如，从点A1向前，在该点A挂第三档且它对应于车速V1，在C1踩下加速器踏板以控制车速逐步增加，以及对于不变的踏板位置，在点A2在速度V2变换到第四档，然后在点A3在速度V3升至第五档。

如果车辆例如在斜坡上减速而在加速器踏板上没有动作，则必需在点A4在速度V4从第五档换回到第四档，然后在点A5在速度V5从第四档回到第三档。

同样，从对应于车速V′和加速器踏板位置C′的点B开始，为了例如在斜坡上通过增加所要求的扭矩来保持这个速度V′，必须踩下加速器踏板并且在点B′从第四档降到第三档。

在该图中，以实线表示的曲线分别地对应于从第三档到第四档以及从第四档到第五档的改变，而以虚线表示的曲线分别地对应于从第五档到第四档以及从第四档到第三档的改变。

图2示出了用于显示所推荐的齿轮传动比的***的整体结构。

该***使用了已经存在于发动机控制***中并由多个传感器测量的若干信息，例如车辆速度V、发动机速度M以及有关驾驶者意愿的信息，该有关驾驶者意愿的信息表示了目标功率基准值并且是例如基于加速器踏板的位置P、车辆速度、发动机冷却水的温度T来构造的。

该计算机包括用于通过计算来估算特定子函数的几个单元。

这样，计算单元1基于车速/发动机速度的比率来确定传动系的状态并且在输出端产生多个信号，这些信号代表当前所保证的齿轮传动比以及离合器的开或关的状态，这个信息被显示在不同的计算模块上。

其上显示有代表车速V、所估算的发动机扭矩C以及刹车器F的激活状态的信号的单元3根据道路坡度、车辆负载以及(可能的)风力来估算需要提供的差速器扭矩并且计算所有阻力的功率。

为此，单元3可以按照例如在FR-A-2 822 972中描述的方法来使用这些动力学方程式。

实际上，根据本发明，为了计算用于连续校正推荐齿轮传动比所需要的不同参数而使用的这些分离的模块每个都可以使用预先安排的计算元件以在自动变速箱中对不同的约束项予以适当的考虑。

例如，所推荐的齿轮传动比可以适用于一个下坡的情形，其方式类似于在文献FR-A-2 791 751中所描述的策略。

计算单元4根据道路状况和发动机条件来选择每个时刻的适当的换档规则。

基于所选择的规则，规则管理模块7根据车速、刹车器激活状态以及有关驾驶者意愿且例如用加速器踏板位置P表示的信息来在每一时刻确定适当的传动比。有利的是，这个信息可以用格式化单元2所提供的信号来表示，这能够避免推荐不令人希望的齿轮传动比，例如在驾驶者响应于突发状况迅速地抬脚的情况下。

如上文所指出的，并入管理模块7中的换档规则图实质上用来确保最优燃料消耗量与最小的污染物排放量。

因此，管理模块7在其输出端71发出代表这个最优燃料消耗量的齿轮传动比的信号，然后该齿轮传动比将被一系列的校正模块校正，这些校正模块被系列地安排并且被分别分配给待考虑的基本约束项以便确保驾驶安全性。

首先，这个最优燃料消耗量的齿轮传动比被显示在阻止模块8的输入端上，该模块称为“快速开启”模块，它通过对加速器踏板被踩下的速度的测量81而被激活，这个测量是用单元2所提供的信号来表示，该单元2用于对有关驾驶者意愿的信息格式化并且在踏板以低于给定速度被缓慢地踩下的情况下保持所保证的齿轮传动比的值，这因而阻止了不适当的降档要求。

如图3的流程图所表明，首先，防行车摆动校正模块9或者当“快速开启”模块8未被激活时接收由管理模块7推荐的齿轮传动比，或者在踏板被过缓地踩下的情况下接收所保证的齿轮传动比的值，并且核查这两个齿轮传动比中任一个的显示与由估算单元3提供的差速器扭矩估算值的相关性，从而避免称为行车摆动的这种不稳定状态，特别是在上坡的情况下。为此，可以使用文献FR-A-2 842 579中所指出的那些方程式或在文献FR-A-2 545 567中所描述的那种换档策略。

在行车摆动的危险存在的情况下，对所推荐的齿轮传动比进行校正，并且当防行车摆动模块9未被激活时直接发送在模块9的输出端91所发出的相应信号或对应于最优燃料消耗量的齿轮传动比的信号，以在用于确保在检测到车辆拐弯情况下的驾驶安全性的下一个校正模块10的输入端被显示。

在自动变速箱的情况下，用于将传动比适配于转弯情形的策略已经是公知的。

例如，文献FR-A-2 779 793描述了一种方法，其中基于对车辆横向加速度、发动机转动速度、车辆速度以及发动机扭矩的测量，可以确定该车辆是否在转弯，如果是在转弯中则根据对施加于车辆的阻力的检测来维持所保证的齿轮传动比或者是降低档位。

同样，可以由计算单元6通过考虑由单元1提供的涉及传动系的其他信息并且基于基于后轮的速度、以及通过考虑由计算单元5确定的横向加速度来检测转弯的情况。

这个信息被应用于转弯校正模块10的输入端，该模块10核查所推荐的齿轮传动比(该传动比对应于从防行车摆动模块9的输出端91所发出的信号)是否与如此检测到的转弯情况相容。因此，通过冻结所述推荐可以阻止对于换档的任何不安全的要求。

与不安全的换档有关的其他信息(例如在ABS或ESP调整的过程中)也被显示于校正模块10上，以使得在需要的情况下通过在此刻维持所保证的齿轮传动比而冻结该推荐。

同样，在对于不同的计算所需要的特定参数中有缺陷或明显差错的情况下，模块10能够对冻结该推荐。

在该推荐已冻结的情况下，由防行车摆动模块9推荐的齿轮传动比或所保证的齿轮传动比被显示在称为“快速关闭”模块的模块11上，当加速器踏板抬起过快时该模块11延缓升档要求以便向下一个模块12发送与所推荐且被校正的齿轮传动比相对应或与所保证的齿轮传动比相对应的信号。

这个预测模块12核查两个连续换档要求之间的时间间隔，以便中止在前一换档要求之后来得过快并且其应用可能带来危险的换档要求。

如此确定的针对最优燃料消耗量的并且可能根据驾驶情形而被校正的推荐齿轮传动比被应用于单元13，该单元13对升档或降档要求之间的相应信号进行转换，然后将它格式化为用于例如仪表板上的可视化显示的信息。

因此，由图3的流程图限定的策略使之能够推荐总是造合于道路状况的换档要求，并且能够在确保驾驶安全性与车况的同时优化燃料消耗量并减少污染物排放量。

然而，也可确保其他功能，本发明不限于作为简单示例而描述的实施例的细节。

实际上，该驾驶援助装置的模块化结构能够容易地去除校正或增加新的校正。

总而言之，对于被系列地放置并且(在核实相关性之后)每个都应用相对于前一个具有优先级的校正的多个校正模块的使用使之能够简化计算机的可以更为紧凑的软件。

Claims (10)

1.一种用来辅助车辆的推进单元的控制的装置，该单元包括驱动发动机、离合器以及手动的、机械的或半自动的变速箱，该装置包括将推荐的传动比指示给驾驶者的装置(13)，该传动比受控制***的控制，该控制***包括计算机，在该计算机中装入了至少一个换档规则图以通过考虑被施加于该计算机的输入端上并且代表该车辆在每一时刻的驾驶条件状况的一组信号、根据有关驾驶者意愿的信息(2)来确定推荐的齿轮传动比，其特征在于，该计算机一方面包括用于通过考虑该车辆的速度(V)并且根据有关驾驶者意愿的信息(2)来确定针对最优燃料消耗量的推荐的齿轮传动比的元件，并且另一方面包括多个分离的计算模块(8-12)，这些计算模块相互独立并且每个都被分配给确定的驾驶约束项，所述模块(8-12)被系列地放置以便在需要的情况下每一模块可对所述推荐的齿轮传动比的值进行校正，该校正适配于有关约束项并且是按照有利于驾驶安全性的顺序，由模块在必要时所进行的每一校正相对于由前一模块所进行的校正而言具有优先级。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该计算机包括用于根据代表每一时刻的道路状况以及该推进单元的状态的信息来选择换档规则的单元(4)；以及规则管理模块(7)，该规则管理模块通过考虑每一时刻的速度(V)和必要时施加于刹车器上的动作(F)、根据所选择的规则以及有关驾驶者意愿的信息(2)来确定推荐的传动比。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，该计算机包括多个独立的校正模块(8-12)，这些模块被系列地放置并且每个都被分配给驾驶约束项，每一模块包括：用于与在前一步骤中的推荐的齿轮传动比的值相对应的信号的输入端；用于代表为了在必要时激活该模块所考虑的多个参数的一个或多个信号的输入端；用于在不激活该模块的情况下将在前一步骤中的推荐的齿轮传动比的值发送到下一步骤的输出端；以及用于在激活该模块之后将根据所考虑的约束项而被校正的齿轮传动比发送到下一步骤的输出端。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述多个独立的校正模块从对最优燃料消耗量的齿轮传动比的确定开始依次地至少包括：

-防行车摆动模块(9)，用于在每一时刻维持充足的功率预留，

-冻结模块(10)，用于在未满足安全条件并且在检测到拐弯的情况下维持所保证的齿轮传动比，

-预测和抗连接模块(12)，用于中止在前一要求之后过快到来的换档要求，或者用于延缓由驾驶者做出的与推荐相反的任何换档要求。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，用于确定针对最优燃料消耗量的推荐的传动比的模块之后紧随一阻止模块(8)，该阻止模块是通过对加速器踏板被踩下的速度的测量而被激活的，如果该加速器踏板被以低于给定速度的速度缓慢地踩下则该阻止模块维持所保证的齿轮传动比的值，然后为了最终确定要指示给驾驶者的推荐的齿轮传动比而对该齿轮传动比的值进行连续的校正。

6.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述有关驾驶者意愿的信息是用加速器踏板被踩下的程度来表示的，其特征在于，它包括用于测量该踏板被踩下且弹回的速度的装置，以及用于在该踏板以高于给定阈值的速度迅速升起的情况下延缓关于升档的换档要求的模块(11)。

7.一种用于辅助车辆的推进单元的控制的方法，该推进单元包括驱动发动机、离合器和手动变速箱，该车辆配备有控制***，该控制***具有计算机用于控制给予驾驶者的齿轮传动比的指示，该齿轮传动比是通过一方面考虑与每一时刻的车辆驾驶条件有关的一组参数而另一方面考虑换档规则图并且根据有关驾驶者意愿的信息而被推荐的，基于该换档规则图并且根据车辆在每一时刻的速度来确定针对最优燃料消耗量以及最小化污染物排放量的待推荐的齿轮传动比，其特征在于，通过逐一地考虑一组与安全和车况有关的约束项而用连续的步骤对所述推荐的齿轮传动比进行校正，每一步骤相对于前一步骤都具有优先级，以使得最终所推荐的齿轮传动比构成这些不同的约束项之间的、有利于驾驶安全的优化折衷。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该计算机包括多个分离的计算模块，这些模块分别被分配给要考虑的每个约束项，并且在每个校正步骤中，相应的模块核查前一步骤中的推荐的齿轮传动比的值与所述模块所涉及的约束项的相关性，并且根据该核查的结果来确定或者是直接移至下一步骤同时维持前一步骤中的推荐的齿轮传动比，或者是向上或向下更改这一推荐的齿轮传动比。

9.如权利要求7或8所述的方法，其中，所述有关驾驶者意愿的信息是用加速器踏板被踩下的程度来表示的，其特征在于，对该踏板被踩下的速度进行测量，并且低于给定速度的缓慢踩下阻止了任何降档的要求而并不禁止在车速增加情况下的升档。

10.如权利要求7或8所述方法，其特征在于，通过冻结所述推荐而阻止了任何不安全的换档要求。

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