CN107000807B - 换挡过程的识别 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于识别能够借助发动机的发动机力和/或踏板力运行的车辆(1)的变速器的换挡过程(SV)的方法，其中，测量所述发动机的发动机转速(n_发动机)和固有的发动机转矩(T_发动机)，由所述发动机的发动机转速(n_发动机)的改变和所述发动机转矩(T_发动机)计算发动机负载力矩(T_负载)，并且基于所述发动机负载力矩(T_负载)实施换挡过程的识别。此外，本发明涉及一种换挡识别设备。

Description

换挡过程的识别

技术领域

本发明涉及一种用于识别能够借助发动机的发动机力和/或踏板力运行的车辆的变速器的换挡过程的方法。此外，本发明涉及一种用于能够借助发动机的发动机力和/或踏板力运行的车辆的变速器的换挡过程的识别的换挡识别设备。

背景技术

在多种情况下，能够借助发动机的发动机力和/或踏板力运行的车辆具有变速器，所述变速器具有用于使踩踏频率与合适的车轮转速相匹配的可变的变速比。为了优化发动机的控制，所述发动机尤其可以是电动机，有帮助的是，发动机电子部件具有关于实施换挡过程的信息。已经已知的是，为了识别换挡过程而考虑发动机转速的改变，以便推断出换挡过程。然而只有这不足以可靠地识别换挡过程，因为发动机转速改变也可能由于其他原因而产生。

在WO2011158220A2中提出，将驾驶员施加到踏板上的转矩作为附加的指标考虑。驾驶员转矩的突然的强烈的减小表明驱动器的强烈的减负并且因此表明换挡过程。其不利的是，用于检测借助于踏板产生的转矩的传感器是必需的，所述传感器造成巨大的成本。

发明内容

为了消除以上提到的缺点，根据本发明提出，为了识别换挡过程，计算发动机负载力矩，所述发动机负载力矩由发动机给出。该发动机负载力矩取决于发动机转矩，发动机固有地产生所述发动机转矩。当发动机遭受转速改变时，发动机转矩在其作为发动机负载力矩被给出之前减小或者增大。由于发动机的旋转部分的质量惯性力矩，在转速提高时，动能被接收在旋转***中，或者，当旋转部分的转速减小时，动能由旋转***给出。在换挡过程中，可观察发动机负载力矩的显著的波动，从而该参量良好地适合用于识别换挡过程。根据本发明的方法的优点是，发动机的转速和固有的驱动力矩可容易地确定，为此，在正常情况下，除了通常已有的传感器之外，不需要另外的传感器。尤其在电动机上，固有的驱动力矩可以以简单的方式通过到发动机的电流来确定。在换挡过程中负载力矩扰动(einbrechen)并且与此同时发动机电流也扰动。后者由于提高的反向电压而产生，所述反向电压由于旋转的发动机部分的加速而出现。另一优点是，换挡识别不取决于发动机调节器的调整。可以如下地调整发动机调节器：对于不同的运行状态或者不同的车辆，预给定不同的用于转速的增加速率，从而产生不同的发动机调节器。然而，负载力矩的扰动对所有的发动机调节器出现。

可以以以下公式计算发动机负载力矩：

在此，n_发动机为发动机转速、J_发动机为发动机的质量惯性力矩，以及T_发动机为固有的发动机转矩。T_负载为发动机负载力矩。在换挡过程中、尤其在选择较长时间的变速比的情况下，通常可以观察到两个过程：发动机转速增加并且固有的发动机转矩下降。总地得出，发动机负载力矩增加。因为这在时间上是较快的过程，所以产生发动机负载力矩的强烈的改变。该改变可以从由关于紧急情况负载力矩的信息组成的时间序列推导出。尤其在链变速***(Kettenschaltung)的情况下，短期地出现类似于空转的状况，在该状况中，从驱动链轮到从动链轮的力流被中断，这与在不同的变速比的不同的链轮之间的已改变的、待由链跨接的间距相关联。如果不识别换挡过程，则发动机的持续功率导致，在驱动侧旋转的部分加速并且在力流再次开始时导致在驱动器中的冲击(Schlag)。这导致链的冲击式的绷紧并且导致所述链的显著的负荷。在及时地识别换挡过程的情况下，可以取消发动机功率并且避免冲击。此外，冲击对于驾驶员是让人不快的。在借助不同于以上特别地提到的变速器的变速器进行的换挡过程中，为了保护驱动器或者变速器，也可能有利的是，识别换挡过程并且在换挡过程期间取消发动机功率。

可以通过以下方式求取固有的发动机转矩，即确定通过发动机的电流强度，其中，电流流经发动机的一个或多个绕组。为此，电流此外可以流经分流电阻，在所述分流电阻上测量电压降。在一种变型方案中，可以考虑，由电流强度求取固有的发动机转矩，所述电流强度在发动机的转子角度已知的情况下被检测。不仅仅为此目的地，发动机可以与转子位置传感器连接。为了求取发动机转速，可以多次测量转子角度。转速可以作为平均的转速来求取，其方式是，在两个转子位置之间的角度通过减法来计算并且除以位于测量时刻之间的时间。替代地或者附加地，尤其实施为软件的观察者可以估计发动机转速，其方式是，观察者计算用于角速度、角加速度和角加速度在时间上的改变的值并且由这些值求取当前的发动机转速。由此可以相比在平均值计算时提供更新的值。

以下涉及本发明的优选的扩展方案。

在所述方法的实施方式中，测量车辆的加速度并且在识别换挡过程时同时考虑相应的加速度信息。这是有利的，因为可能发生：由于驶过的不平坦性而可能出现发动机转速的并且因此发动机负载力矩的短期的强烈的改变。为了防止换挡过程的错误识别，可以将车辆的加速度信号与发动机负载力矩的变化过程相互联系，以便从两个信号的比例关系、尤其从同步性推导出，是否存在错误识别。尤其可以根据加速度信息确定，存在着越野行驶。

对此替代地或者附加地，也可以从发动机负载力矩的时间变化过程的明显的负的偏移识别越野行驶，其中，也存在着发动机负载力矩的正的偏移，所述正的偏移可能由于在地形中的跳跃而出现。该类型的识别特别地适合于具有刚性的后轮悬挂装置的电动车。在道路行驶中，发动机负载力矩也遭受一定的噪声，然而，当在野外行驶时，这种噪声显著更高。例如链可能陷入振动中，例如在野外行驶时，或者，尤其当后轮打滑或者抬起时，后轮可以短期地失去附着，这导致发动机负载力矩的波动。

作为对越野行驶的识别的反应，根据所述方法，可以使换挡过程的识别较不敏感或者将其关断。以此方式减少或者排除错误识别。

在另一种实施方式中，比较发动机负载力矩的时间导数与阈值，以便根据比较结果确定换挡过程。通过阈值的高度的确定可以调整换挡过程的识别的敏感性。例如可以根据在车辆上测量的加速度调整阈值，以便减小在不平稳的行驶时、尤其越野行驶时错误识别的概率。特别适合的是，检测车辆的竖直加速度。替代地或者附加地，在其他方向上的加速度也可适合。在阈值提高的情况下，尤其以好的安全性识别在高的发动机负载下的换挡过程，而随发展趋势地不再识别在低的发动机负载下的换挡过程。相对于换挡过程的错误识别，优选换挡过程的不识别，因为错误识别的结果可能明显地刺激驾驶员。然而，在道路行驶时的换挡过程的识别的较大的敏感性导致，也以好的安全性识别在低的发动机负载下的换挡过程。

此外，可以基于在换挡过程之前发生的负载力矩变化过程调节以下阈值：用于识别换挡过程的负载力矩的大小与所述阈值比较。阈值尤其可以在负载力矩的扰动之后提高，优选直接在其之后提高。

以下对于阈值的通过影响参量引起的改变是等同的：保留阈值并且取而代之地借助相同的影响参量以相反的方式影响负载力矩的时间导数。

在另一种实施方式中，除了考虑发动机负载力矩之外，考虑发动机转速的提高用于识别换挡过程。然而，当发动机负载力矩的减小、车辆的竖直向上定向的加速和/或车辆的制动加速在发动机转速的提高之前发生时，发动机转速的提高不被识别为换挡过程。车辆的向上定向的加速可能引起，车辆的一个或多个车轮抬起。因此，由于省略了驱动负荷的大部分，发动机转速的提高不是换挡过程的结果。同样地，由于强的制动、尤其后轮的锁止而可能引起，发动机承受强烈的转速改变，其中，尤其在制动器强烈地放开的情况下，在发动机上可能出现强烈的转速提高。因此，有意义的是，不将发动机负载力矩的由这样的过程产生的波动解释为换挡过程。

尤其在超出加速度的负的偏移的预给定范围时，确定越野行驶。这样的强的负的偏移可以例如在较大跳跃的情况下出现，但也可以在驶过凹坑时或者在从路边石往下行驶或者从较大的高度往下行驶时出现。例如由于地面不平坦性而引起的较强的冲击可以具有较强的向上加速的后果。

在加速度的测量中，可以测量一个竖直加速度和/或一个或多个水平的加速度。从所测量的加速度可以推导出所组成的加速度向量。

在本发明的另一个方面中，提出一种用于识别换挡过程的换挡识别设备。所述换挡识别设备设置用于计算发动机负载力矩并且基于所述发动机负载力矩实施换挡过程的识别。发动机负载力矩的计算可以如参照之前描述的方法所讨论地那样来计算。得出这样的优点，所述优点也已经参照之前描述的方法阐述。

在换挡识别设备的一种实施方式中，该换挡识别设备具有加速度传感器。所述加速度传感器可以在空间上与换挡识别设备的其他部分分开地布置。借助于加速度传感器可以至少在一个方向上、然而优选在竖直方向上并且尤其附加地在水平方向上测量车辆的加速度。换挡识别设备可以设置用于如以上所描述的那样，基于加速度信号来匹配用于识别换挡过程的阈值和/或识别并且在换挡识别时考虑越野行驶。

在换挡识别设备的另一种实施方式中，加速度传感器布置在车辆、尤其电动自行车的转向器上。优选地，加速度传感器布置在转向器上的操纵单元上或者布置在操纵单元中。然而，加速度传感器也可以布置在电池上或者布置在驱动单元上。

附图说明

以下参照附图详细地描述本发明的实施例。在附图中示出：

图1：能够借助发动机的发动机力和/或踏板力运行的车辆、即电动自行车的示意性视图，

图2a：曲线图，在该曲线图中在时间上示出在换挡过程期间的发动机负载力矩，

图2b：曲线图，在该曲线图中，在与在图2a中相同的时间区段上示出发动机转速，

图3a：发动机负载力矩在时间上的曲线图和可以可变地调整的阈值在时间上的曲线图，

图3b：在相同的时间区段上的发动机转速，所述时间区段也在图3a中示出，以及

图3c：加速度信号在相同的时间间隔上的曲线图，所述时间间隔也在图3a和3b中示出。

具体实施方式

图1示出能够借助发动机力和/或踏板力运行的、以电动自行车1形式的车辆的侧视图。电动自行车1包括驱动单元2，所述驱动单元产生转矩，所述转矩通过链5向后轮7的小齿轮6输送。电动自行车1具有链变速***，所述链变速***未详细地示出。链变速***可以由驾驶员或者自动地操作。电动自行车的发动机由电池4供电。在电动自行车的转向器上布置有操作单元8。在操作单元中布置有加速度传感器，所述加速度传感器提供加速度信息，所述加速度信息可以用于改进换挡过程的识别。加速度传感器可以由多个单个的加速度接收器(Beschleunigungsaufnehmer)组成并且接收不但在行驶方向X上而且在竖直方向Z上的加速度。此外，可以考虑，加速度传感器可以接收相对于观察平面法向的加速度。

图2a示出发动机负载力矩的时间导数dT_负载dt的所计算的值在时间t上的曲线图，其中，记录这些值在换挡过程SV期间的一部分。在该曲线图中，进一步绘出阈值SW，该阈值位于发动机负载力矩的时间导数dT_负载dt的值之上。如果负载力矩的导数dT_负载dt超出阈值SW，则识别出换挡过程SV。通过发动机负载力矩T_负载对时间的导数，发动机负载力矩T_负载的增加过高地示出并且因此构成用于识别发动机负载力矩T_负载的突然地增加的好的基础，如所述增加在换挡过程触发时发生那样。在发动机负载力矩T_负载的导数的第一峰值S1之后，发动机负载力矩的导数在第一峰值S1之后的扰动ENS处具有明显在进入换挡过程之前的值以下的值地走向。然后，在发动机负载力矩T_负载重新增大的情况下出现第二峰值S2，此后，发动机负载力矩的导数的值再次倒退到一个值上，如该值典型地出现在换挡过程之外那样。在换挡过程之外的该值在噪声带的范围内在值0附近摆动。

图2b示出在时间t上的发动机转速n_发动机，其中，所示出的时间间隔相当于在图2a中示出的时间间隔。与之相应地，用于发动机转速的曲线图的一部分示出在换挡过程SV期间的变化过程。在此，发动机转速首先明显地超出换挡过程SV之外的发动机转速地增加，以便然后下降到可觉察到地较低的水平上。然后，发动机转速再次增加并且在一个水平上摆动，该水平稍微位于在换挡过程SV之前的水平之下。这意味着，已经选择了较长时间的变速，其中，车辆速度未显著改变。

图3a示出发动机负载力矩的时间导数dT_负载dt在时间上的另外的曲线图。在所示出的时间间隔中，不存在换挡过程。不同于图2a中的曲线图地，阈值SW不是恒定的，而是可变的并且动态地与行驶运行匹配。在此，阈值SW根据在发动机负载力矩的时间导数dT_负载dt的变化过程中的事件调整。在此，用于调整阈值SW的算法在负载力矩的导数dT_负载dt中搜索与在无换挡过程的情况下的标准值的在值0以下的显著偏差，如所述偏差可能作为事件E1出现的那样。如果找到这样的偏差，则由此推断出，存在着负载力矩的导数dT_负载dt的通过行驶运行引起的下降。与之相反地，在换挡过程中，负载力矩的导数dT_负载dt首先增加，从而可以由以下出发：不存在换挡过程，而存在着粗糙的地形。作为对这种情形的反应，该算法显著地向上设置阈值。这是有意义的，因为在负载力矩的导数dT_负载dt的由道路决定的扰动之后在小的时间之后是反向作用的增加，该增加不与换挡过程相关联，然而在没有特别的措施的情况下可以被识别为这样的换挡过程。因此，有利的是，提高阈值SW，因为可以因此避免换挡过程的错误识别。

此外，根据加速度信号调整阈值SW，所述加速度信号在图3c中示出。如从图3a得知，紧在所示出的时间间隔结束之前，阈值SW可觉察到地提高。在此，用于调整阈值SW的算法对加速度信号B中的扰动作出反应，所述加速度信号在图3c中在时间上在相同的位置上并且作为事件E2示出。在加速度B中的这类扰动可以被评估为跳跃或者驱动轮与地面的另外的分离(Auβereingrifftreten)。在发动机负载力矩的导数dT_负载dt中，在这样的事件之后通常是增加，所述增加可能被错误解释为换挡过程。然而，因为阈值SW提高，所以基于发动机负载力矩的导数dT_负载dt的以上所提到的反应而发生错误识别的可能性显著地减小。

图3b在与图3a相同的时间区间中在时间上示出发动机转速n_发动机。发动机转速n_发动机的变化过程尤其在所示出的时间区间的开始处强烈地波动，这表明非常不均匀的行驶。在事件E1的时刻处，发动机转速n_发动机强烈地下降，紧接着，发动机转速n_发动机再次增加。扰动和在图3a中示出的、发动机负载力矩的时间导数dT_负载dt的接着的增加与这种特性相关联。在图3c中示出的事件E2处加速度B扰动的情况下，发动机转速n_发动机也显著地下降。

在图3c中在相同的时间间隔中示出加速度B在时间t上的变化过程，所述时间间隔也在图3a和3b中示出。所述加速度显著地波动并且部分地为负。这可以推断出，行驶为越野行驶。在加速度B的变化过程中的最大扰动在事件E2处发生，在所述事件E2处，加速度强烈地变负。事件E1与在加速度B的变化过程中的特别的比例关系的相关性不可以被确定。也不可以推导出发动机负载力矩的时间导数dT_负载dt的变化过程与在事件E2的时刻处的强烈的负的加速度B的相关性。因此，一个巨大的优点是，为了在避免换挡过程的错误识别的情况下提高可靠性，不但考虑负载力矩的时间导数dT_负载dt，而且考虑用于影响阈值SW的加速度信号B。

Claims (14)

1.一种用于识别能够借助发动机的发动机力和/或踏板力运行的车辆(1)的变速器的换挡过程(SV)的方法，其中，求取所述发动机的发动机转速(n_发动机)和固有的发动机转矩(T_发动机)，由所述发动机的发动机转速(n_发动机)的改变和所述发动机转矩(T_发动机)计算发动机负载力矩(T_负载)，并且比较所述发动机负载力矩的时间导数(dT_负载/dt)与阈值(SW)，以便从所述比较的结果识别所述换挡过程(SV)，其中，从所述发动机的负载力矩的时间导数(dT_负载/dt)的负的偏差处于大于预给定的范围内识别到越野行驶，和/或从所述车辆(1)的加速度超出预给定的范围识别到越野行驶，其中，在识别到越野行驶时通过匹配所述阈值(SW)来使换挡识别较不敏感或者将其关断。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在识别换挡过程(SV)时附加地考虑所述车辆(1)的所测量的加速度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述车辆(1)的竖直加速度增大时通过调整所述阈值(SW)来匹配对所述换挡过程(SV)的识别的敏感性。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述发动机负载力矩(T_负载)的减小、所述车辆的竖直向上定向的加速度和/或所述车辆(1)的制动加速度在所述发动机转速(n_发动机)的提高之前发生时，不识别换挡过程(SV)。

5.根据以上权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述车辆(1)的竖直加速度增大时通过调整所述阈值(SW)使所述换挡识别较不敏感或者将其关断。

6.一种换挡识别设备，其用于根据上述权利要求中任一项所述的方法识别能够借助发动机的发动机力和/或踏板力运行的车辆(1)的变速器的换挡过程，其特征在于，所述换挡识别设备设置用于确定所述发动机的发动机转速(n_发动机)和固有的发动机转矩(T_发动机)，并且从所述发动机的所述发动机转速(n_发动机)的改变以及所述发动机转矩(T_发动机)计算发动机负载力矩(T_负载)并且比较所述发动机负载力矩的时间导数(dT_负载/dt)与阈值(SW)，以便从所述比较的结果识别所述换挡过程(SV)，其中，从所述发动机的负载力矩的时间导数(dT_负载/dt)的负的偏差处于大于预给定的范围内识别到越野行驶，和/或从所述车辆(1)的加速度超出预给定的范围识别到越野行驶，其中，在识别到越野行驶时通过匹配所述阈值(SW)来使换挡识别较不敏感或者将其关断。

7.根据权利要求6所述的换挡识别设备，其特征在于，所述换挡识别设备具有加速度传感器，所述加速度传感器设置用于测量所述车辆(1)的加速度，其中，所述换挡识别设备设置用于在识别换挡过程(SV)时附加地考虑所述加速度。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的换挡识别设备，其特征在于，所述换挡识别设备设置用于从所述发动机负载力矩(T_负载)的时间导数计算一个参量并且将其与阈值(SW)比较，以便从所述比较的结果识别所述换挡过程。

9.根据权利要求8所述的换挡识别设备，其特征在于，在所述车辆(1)的加速度增大时通过调整所述阈值(SW)来匹配所述换挡识别的敏感性。

10.根据权利要求7所述的换挡识别设备，其特征在于，所述加速度传感器布置在所述车辆(1)的转向器上、布置在电池(4)上或者布置在驱动单元(2)上。

11.根据权利要求7所述的换挡识别设备，其特征在于，所述加速度是竖直加速度。

12.根据权利要求8所述的换挡识别设备，其特征在于，所述换挡识别设备设置用于从所述发动机转速(n_发动机)和/或所述加速度计算一个参量并且将其与阈值(SW)比较，以便从所述比较的结果识别所述换挡过程。

13.根据权利要求9所述的换挡识别设备，其特征在于，在所述车辆(1)的加速度增大时通过调整所述阈值(SW)使所述换挡识别较不敏感或者将其关断。

14.根据权利要求10所述的换挡识别设备，其特征在于，所述加速度传感器布置在所述转向器上的操作单元(8)上。

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