CN112797151A - 档位决定装置、方法及仿真装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种档位决定装置、方法及仿真装置。档位决定装置决定车辆具备的有级变速器的档位。档位决定装置具备：存储部，存储表示车速与档位的对应的变速特性映射图；确定部，基于变速特性映射图，确定与从当前经过第一时间后的预计车速对应的档位；评估部，评估在多个档位之中的一部分档位的燃料效率，所述一部分档位包括所确定的档位、和在所确定的档位的上下特定级数以内的档位；以及决定部，将基于燃料效率而从一部分档位选择出的档位决定为从当前的档位向其转变的档位。

Description

档位决定装置、方法及仿真装置

技术领域

本发明涉及车辆具备的有级变速器的档位决定装置、档位决定方法及仿真装置。

背景技术

在具备有级变速器的车辆中，自动地决定有级变速器的档位。典型地，基于预先确定了车速与档位的对应的变速特性映射图进行这样的档位的决定。例如以在预想的标准的行驶负载下燃料效率为最优的方式确定变速特性映射图。

此外，Kaijiang YU，Masakazu MUKAI，and Taketoshi KAWABE，"Performance ofan Eco-Driving Nonlinear MPC System for a Power-Split HEV during CarFollowing"，SICE Journal of Control，Measurement，and System Integration，January2014，Vol.7，No.1，pp.055-062公开了使用被称作“模型预测控制(MPC：Model PredictiveControl)”的方法来决定几秒后的有级变速器的档位(变速比)的技术。在该技术中，基于发动机(engine)、电机(motor)、发电机、电池的性能、状态、行驶负载，从全部档位之中决定燃料性能被预测为最优的档位。

发明内容

车辆的行驶负载根据路面的坡度、路面的状况、车辆的装载量等而变动。因此，按照变速特性映射图的限定而决定的档位实际上燃料效率未必是最优的。

在Kaijiang YU，Masakazu MUKAI，and Taketoshi KAWABE，"Performance of anEco-Driving Nonlinear MPC System for a Power-Split HEV during Car Following"，SICE Journal of Control，Measurement，and System Integration，January 2014，Vol.7，No.1，pp.055-062的技术中，考虑这样的变动因素来计算燃料效率，但由于基于复杂的模型针对全部档位进行计算，因此计算量大，要应用于实时控制是不现实的。

于是，人们期望一种能够通过现实的计算量来决定燃料效率优异的有级变速器的档位。此外，人们期望一种为了例如这样的档位决定装置的试验、评估而能够提供优异的仿真模式的仿真装置。

本发明是鉴于上述课题而做出的，其目的在于提供能够通过现实的计算量来决定燃料效率优异的有级变速器的档位的档位决定装置、档位决定方法及其仿真装置。

为了解决上述课题，本发明的一个方面涉及一种档位决定装置，用于决定车辆具备的有级变速器的档位，所述档位决定装置具备：存储部，存储表示车速与档位的对应的变速特性映射图；确定部，基于变速特性映射图，确定与从当前经过第一时间后的预计车速对应的档位；评估部，评估在多个档位之中的一部分档位的燃料效率，所述一部分档位包括所确定的档位、和在所确定的档位的上下特定级数以内的档位；以及决定部，将基于燃料效率而从所述一部分档位选择出的档位决定为从当前的档位向其转变的档位。

此外，本发明的另一方面涉及一种仿真装置，生成用于仿真的车辆行驶路径的坡度模式及车速模式，所述仿真装置具备：坡度模式生成部，在将行驶路径以每第一距离划分而成的每个区段中，把将区段的坡度等概率地增加或减少第一坡度的量而得的坡度作为与所述区段相邻的区段的坡度，依次导出每个区段的坡度，从而生成行驶路径的坡度模式；以及车速模式生成部，通过导出包括先头车辆、末尾车辆和中间车辆在内的模型中的末尾车辆的车速，从而生成车速模式，其中，先头车辆按第一车速模式行驶，末尾车辆按第一前车跟随算法行驶，中间车辆在先头车辆与末尾车辆之间每第一时间段就等概率地增加或减少1台，并按第一前车跟随算法行驶。

根据本发明，基于针对一部分档位的燃料效率的评估，来决定燃料效率优异的有级变速器的档位，因此能够提供能够通过现实的计算量来决定档位的档位决定装置。此外，能够提供能够合适地生成仿真模式的仿真装置，该仿真模式是能够用于档位决定装置的试验、评估的坡度模式及车速模式的仿真模式。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点及技术和工业意义，其中，相同的附图标记表示相同的元素，并且其中：

图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的档位决定装置及其周边部的功能块的图；

图2是示出本发明的第一实施方式所涉及的档位决定处理的流程图；

图3是示出本发明的第二实施方式所涉及的仿真装置的功能块的图；

图4是示出本发明的第二实施方式所涉及的坡度模式的例子的图；

图5是示出生成本发明的第二实施方式所涉及的速度模式所使用的模型的图。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下对本发明的第一实施方式进行说明。本实施方式所涉及的档位决定装置基于预计车速和变速特性映射图确定档位，从该档位和该档位上下的合适的范围的档位之中，将考虑了预计行驶负载之后的燃料效率最优的档位决定为转变后的档位。由此，与将基于变速特性映射图确定的档位直接决定为转变后的档位的情况相比，能够提高燃料效率。此外，档位决定装置将有级变速器的档位之中的一部分档位设为燃料效率的评估对象，因此与将全部档位设为燃料效率的评估对象的情况相比，能够抑制计算量，合适地应用于实时控制。

＜构成＞

图1示出了本实施方式所涉及的档位决定装置10及其周边部的功能块。作为一个例子，车辆搭载有档位决定装置10、动力传动***ECU 20、有级变速器21、发动机22、制动ECU 30、制动装置31、EPSECU 40、EPS装置41、驾驶辅助ECU 50、自动驾驶ECU 60、管理器ECU 70、通信部80等。

车辆还可以包括加速踏板传感器、制动踏板传感器、转向角传感器、照相机、使用光或电磁波的障碍物传感器、车速传感器、偏航角速度传感器、GPS传感器等各种传感器、导航***等多种设备，但省略了图示。

驾驶辅助ECU 50是执行驾驶辅助的ECU(Electric Control Unit)，该驾驶辅助是为了避免碰撞、跟随前车、维持车道等功能，不依赖于用户的驾驶操作而进行用于车辆的运动的一部分控制。也可以根据功能而设置有多个驾驶辅助ECU 50。

自动驾驶ECU 60是执行驾驶辅助的ECU，该驾驶辅助不依赖于用户的驾驶操作而进行用于车辆的运动的全部控制。驾驶辅助ECU 50及自动驾驶ECU 60是基于从各种传感器等获取的信息，输出加速减速、转向角等控制车辆的运动的指示的驾驶控制装置。

管理器ECU 70是基于来自驾驶辅助ECU 50、自动驾驶ECU 60等的指示，输出对后述的动力传动***ECU 20、制动ECU 30、EPSECU 40等(以下将它们总称为“致动器ECU”)的指示的ECU。

管理器ECU 70是在从多个驾驶辅助ECU 50等收到指示的情况下，基于规定的规则进行决定依照哪个指示来控制车辆的、被称为“协调”的处理，并基于调停结果对致动器ECU进行指示的ECU。用户对方向盘、制动踏板、加速踏板等的手动驾驶操作内容可以是被管理器ECU 70获取，并作为管理器ECU 70进行的调停处理的对象，也可以是被致动器ECU获取，由致动器ECU对用户的手动驾驶操作和来自管理器ECU 70的指示个别地进行协调。

动力传动***ECU 20是控制发动机22的转速、和能够通过多个档位来切换变速比的有级变速器21，进行使得产生驱动扭矩，或者使得产生源于发动机制动的制动扭矩的控制的ECU。

制动ECU 30是进行使制动装置31产生制动力的控制的ECU。

EPSECU 40是进行使EPS(电动助力转向)装置41进行转向的控制的ECU。

通信部80能够与外部服务器、其他车辆等进行无线通信，发送、接收各种信息。

档位决定装置10是包括存储部11、确定部12、评估部13、决定部14的ECU。存储部11存储有表示车速与有级变速器21的档位的对应的变速特性映射图。确定部12参照变速特性映射图，确定与从当前经过第一时间后的预计车速对应的档位的转变模式。评估部13评估在有级变速器21的多个档位之中的一部分档位的燃料效率，该一部分档位包括所确定的档位和在所确定的档位的上下特定级数以内的档位。决定部14基于燃料效率，从一部分档位之中决定转变后的档位。

以上各ECU典型而言是具备存储器和处理器的计算机。各ECU的处理器例如通过读出存储于非临时性存储器的程序并执行来实现功能。这些ECU能够通过通信线路彼此连接，彼此通过适当地通信来协同工作。

＜处理＞

以下对本实施方式所涉及的处理的详情进行说明。图2是档位决定装置10执行的档位决定处理的流程图。例如在用户使车辆变为接通电力(接通点火开关)状态并开始行程时开始本处理，在直至变为关断电力状态并终止行程为止的期间执行本处理。

步骤S101：确定部12获取预计车速及预计行驶负载。预计车速是表示从当前经过第一时间后的车速的信息。此外，预计行驶负载是表示从当前经过第一时间后的、车辆的行驶阻力的变动因素的信息，是基于例如行驶路径的坡度、表示行驶路径的滑动难易度的路面的类别(柏油路、碎石路等)、路面的状态(潮湿、积雪等)、装载量(乘员、行李的重量)等确定的信息。

第一时间是指例如预先确定的时间，作为一个例子，是从几秒到10秒左右的时间。车辆具备的自动驾驶ECU 60或驾驶辅助ECU 50在工作期间，能够通过用于执行各自的功能的固有的处理，导出预计车速、预计行驶负载。在自动驾驶ECU 60或驾驶辅助ECU 50导出预计车速的情况下，确定部12获取该预计车速即可。或者，也可以由确定部12自身预测车辆的运动，并导出预计车速。自动驾驶ECU 60、驾驶辅助ECU 50或者确定部12能够例如基于从车辆具备的装载量传感器、照相机、障碍物传感器等获取的信息或者经由通信部80从在前车辆或外部服务器获取的周围的行驶路径、交通流的信息，分别导出预计车速及预计行驶负载。

步骤S102：确定部12基于变速特性映射图，确定与预计车速对应的档位。变速特性映射图是预先确定了车速与档位的对应的信息。例如是在作为标准的行驶负载而预想的行驶负载下，以燃料效率达到最优的方式，针对每个车型确定变速特性映射图。另外，变速特性映射图不仅可能是车速与档位的对应信息，例如也可能是车速与发动机22的油门开度的组合与档位的对应信息。在这种情况下，在步骤S101中，与预计车速的情况同样，确定部12获取经过第一时间后的预计油门开度，基于变速特性映射图，确定与预计车速及预计油门开度对应的档位即可。

步骤S103：评估部13评估所确定的档位和在所确定的档位的上下特定级数以内的档位的燃料效率。评估部13将有级变速器21的多个档位之中的、包括在步骤S102中确定的档位在内的一部分档位设为评估对象。例如，将从确定的档位起上下各n级以内的档位设为评估对象。在此，特定级数n例如是预先确定的值，n可以被设为1或2。另外，在确定的档位是最下级或者最上级的情况下，将确定的档位和仅其上级侧的档位或者仅其下级侧的档位设为评估对象即可。

例如能够根据基于发动机22的转速的发动机22的效率特性和有级变速器21及其他驱动***的损耗特性等，评估通过每单位量的燃料能够行驶的距离或者每单位行驶距离的燃料消耗量，来进行燃料效率的评估，该发动机22的转速由预计行驶负载带来的行驶阻力、预计车速、档位而确定。评估部13针对评估对象的各个档位，评估燃料效率。燃料效率的评估方法不限于此，也可以使用其他方法。

步骤S104：决定部14将燃料效率最优的档位决定为转变目标档位。燃料效率最优是指例如以每单位量的燃料能够行驶的距离最大，或者，每单位行驶距离的燃料消耗量最小。

在燃料效率最优的档位为2个以上的情况下，决定部14将距当前的档位的变化级数最小的档位决定为转变目标档位。由此，能够抑制换挡动作的次数。燃料效率最优的档位存在于当前档位的上级侧和下级侧的距当前档位相同变化级数处的可能性低，但在该情况下，也可以将上级侧和下级侧之中的任意一侧的档位决定为转变目标档位。另外，决定的档位也可以是当前的档位。即，在本实施方式中，档位的转变也包括维持相同档位。

决定部14将确定决定出的档位的信息通知给例如动力传动***ECU 20，使之进行实际切换至该档位的控制。之后，返回到步骤S101。

另外，步骤S101～S104的处理循环例如考虑到换挡所需的时间，优选以1秒以上的间隔来执行。将基于几秒(第一时间)后的预计车速、预计行驶负载决定档位的处理以比此更短的周期重复进行，能够在各时间点精度良好地决定燃料效率最优的档位。例如可以通过仿真来选择合适的值作为第一时间。

此外，在步骤S102中，将作为评估对象的档位的范围(n)确定为即使受到行驶负载的影响，也预想为将包括燃料效率最优的档位在内的范围的即可。例如可以通过仿真来选择合适的值作为该范围。

另外，在步骤S101中，预计车速是在用户既不进行加速踏板操作也不进行制动踏板操作的情况下预计的车速。在用户进行这样的操作的情况下，自动驾驶、驾驶辅助的各功能在原则上被解除，此外，由于也存在难以预测用户进行的操作内容的情况，因此预计车速的精度有限。因此，在该情况下，例如在步骤S101中不获取预计车速，此外，跳过步骤S102、S103，在步骤S104中，确定部12基于变速特性映射图确定与当前的车速对应的档位，决定部14将其决定为转变目标档位即可。

以上说明的车辆搭载的设备的构成及档位决定装置10的构成及处理是一个例子，可以适当地追加、置换、变更、省略。此外，各设备的功能可以适当地整合于1个设备或者分散于多个设备而安装。

例如档位决定装置10可以作为独立的ECU来设置，也可以分散于动力传动***ECU20、管理器ECU 70等来设置。此外，例如对驾驶辅助ECU 50的数量并无限定，也可以不设置自动驾驶ECU60。

＜效果＞

本实施方式所涉及的档位决定装置10基于预计车速和变速特性映射图确定档位，从该档位和在该档位上下的合适的范围的档位之中，将考虑了预计行驶负载的、燃料效率最优的档位决定为转变后的档位。由此，与将基于变速特性映射图确定的档位直接决定为转变后的档位的情况相比，能够提高燃料效率。

此外，档位决定装置10将有级变速器21的多个档位之中的一部分档位设为燃料效率的评估对象，因此与将全部档位设为燃料效率的评估对象的情况相比，能够抑制计算量，合适地应用于实时控制。尤其是，有级变速器21的档位的数量例如为4级以上，级数越多效果越显著。

此外，如果档位决定装置10从如驾驶辅助ECU 50或者自动驾驶ECU 60那样的、能够导出预计车速及预计行驶负载的装置获取预计车速及预计行驶负载，就能够进一步抑制计算量。

(第二实施方式)

以下对本发明的第二实施方式进行说明。在本实施方式中，仿真装置100例如生成车辆的行驶路径的坡度模式及车速模式，该车辆的行驶路径的坡度模式及车速模式用于进行第一实施方式所涉及的档位决定装置10的试验、评估。

图3示出了本实施方式所涉及的仿真装置100的功能块。仿真装置100具备坡度模式生成部101和车速模式生成部102。坡度模式生成部101生成用于仿真的行驶路径的坡度模式。车速模式生成部102生成用于仿真的车速模式。

＜处理＞

首先，对坡度模式生成部101的坡度模式生成处理进行说明。坡度模式生成部101如以下那样依次导出将行驶路径以每第一距离划分成的区段Pi(i＝1,2,3,……,N)的坡度Si。在此，第一距离及区段的数量N可以根据试验、评估的内容等预先适当地确定。另外，在此，典型而言，坡度是指行驶路径的高度与水平距离的比，但也可以使用不同定义，例如也可以是行驶路径相对于水平面的角度，并无特别限定。

首先，坡度模式生成部101将包括行驶路径的起点的第一区段P1的坡度S1以二分之一的概率设为第一坡度s(s＞0)，以二分之一的概率设为-s。在此，第一坡度s可以根据试验、评估的内容等预先适当地确定。

接下来，坡度模式生成部101使用第一区段P1的坡度S1和第一坡度s将与第一区段P1相邻的第二区段P2的坡度S2以二分之一的概率设为S1+s，以二分之一的概率设为S1-s。

之后同样地，坡度模式生成部101使用第i区段Pi的坡度Si和第一坡度s将第(i+1)区段Pi+1的坡度Si+1以二分之一的概率设为Si+s，以二分之一的概率设为Si-s，从而依次导出从第一区段P1到包括终点的第N区段PN为止的坡度S1～SN。

坡度模式生成部101将像这样等概率地增加或减少坡度而导出的坡度S1～SN的数组作为用于仿真的坡度模式进行输出。

坡度模式的例子如图4所示。图4是横轴表示距起点的距离、纵轴表示距起点的高度而成的坡度模式的图。实线示出坡度模式的一个例子，虚线示出另一个例子。通过该方法生成的坡度模式是随机的模式，但任意区段的坡度的分布及全部区段的平均坡度的分布均是平均为0的正态分布。因此，通过该方法，能够生成在统计上具有相同性质的多个坡度模式。

接下来，对车速模式生成部102的车速模式生成处理进行说明。车速模式生成部102使用以下的模型。

参照图5说明该模型。在该模型中，先头车辆111以第一车速模式行驶。第一车速模式是预先确定的车速的经时变化模式。虽然对第一车速模式并无限定，但可以使用在日本规定的燃料消耗率试验(JC08模式)中使用的车速模式、在作为国际标准而提出的WLTP(Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure)中使用的车速模式。

在该模型中，末尾车辆113行驶在先头车辆111的后面。此外，中间车辆112行驶在先头车辆111与末尾车辆113之间。中间车辆112每第一时间段以二分之一的概率增加1辆，以二分之一的概率减少1辆。另外，第一时间段可以根据试验、评估的内容等而预先适当地确定。此外，在中间车辆的当前的辆数变为0的情况下，例如在下一时间段中，设为以二分之一的概率增加1辆，以二分之一的概率保持0辆。

在图5所示的例子中，在时间段T1中，作为一个例子，有1辆中间车辆112行驶。在下一时间段T2中，作为一个例子，中间车辆112增加1辆而变为2辆。在再下一时间段T3中，作为一个例子，中间车辆112减少1辆而变为1辆。在该模型中，作为一个例子，如图5所示，在中间车辆112增加的情况下，紧接着先头车辆111之后以插队的形式新增加1辆，在中间车辆112减少的情况下，以紧接在末尾车辆113之前的1辆消失的形式来减少，但并非必须依照该规则，也可以在任意位置增减中间车辆112。

在该模型中，中间车辆112和末尾车辆113分别基于第一前车跟随算法行驶。第一前车跟随算法是以维持与在本车辆前面行驶的车辆的合适的车间距离的方式控制本车辆的车速的算法。对算法的具体的内容并无具体限定，例如可以采用与安装于具有前车跟随功能的驾驶辅助ECU 50的算法相同的算法。此外，中间车辆112及末尾车辆113也可以基于每台车辆互不相同的前车跟随算法而行驶。

车速模式生成部102导出这样的模型中的末尾车辆113的车速，将其经时变化模式作为用于仿真的车速模式而输出。通过该方法，能够基于JC08模式、WLTP等中作为标准的车速模式而确定的模式，生成综合了中间车辆的增减这种现实的随机性的多个车速模式。

另外，仿真装置100也可以仅具备坡度模式生成部101及车速模式生成部102之中的任意一者。

＜效果＞

本实施方式所涉及的仿真装置100能够合适地生成在统计上具有相同性质的坡度模式的多个变体，此外，能够合适地生成在作为标准的车速模式而确定的模式的基础上综合了现实的随机性而成的车速模式的多个变体。例如通过将坡度模式应用于预计行驶负载，将车速模式应用于预计车速，能够用于第一实施方式所涉及的档位决定装置10的试验、评估，能够促进档位决定装置10的开发，实现高性能化。此外，除了档位决定装置10以外，还能够用于车辆所搭载的各种驾驶辅助ECU 50、自动驾驶ECU 60等的试验、评估，促进开发，实现高性能化。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明也可以适当地变形并实施。本发明不仅能够被实现为档位决定装置，还能够被实现为具备处理器和存储器的档位决定装置执行的档位决定方法、档位决定程序、存储有档位决定程序的非临时性计算机可读存储介质、具备档位决定装置的车辆等。此外，本发明不仅能够被实现为仿真装置，还能够被实现为具备处理器和存储器的仿真装置执行的仿真方法、仿真程序、存储有仿真程序的非临时性计算机可读存储介质。

本发明对于车辆等所搭载的档位决定装置、其仿真装置是有用的。

Claims (8)

1.一种档位决定装置，用于决定车辆具备的有级变速器的档位，所述档位决定装置具备：

存储部，存储表示车速与档位的对应的变速特性映射图；

确定部，基于所述变速特性映射图，确定与从当前经过第一时间后的预计车速对应的档位；

评估部，评估在多个档位之中的一部分档位的燃料效率，所述一部分档位包括所确定的档位、和在所述所确定的档位的上下特定级数以内的档位；以及

决定部，将基于所述燃料效率而从所述一部分档位选择出的档位决定为从当前的档位向其转变的档位。

2.根据权利要求1所述的档位决定装置，其中，所述决定部将所述一部分档位之中被评估为所述燃料效率最好的档位决定为从当前的档位向其转变的档位。

3.根据权利要求1或2所述的档位决定装置，其中，在车辆的运动的全部或一部分由车辆所具备的驾驶控制装置控制的情况下，所述确定部从所述驾驶控制装置获取所述预计车速。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的档位决定装置，其中，所述预计车速是在用户对加速踏板及制动踏板之中的任意一者均不进行操作的情况下预计的车速。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的档位决定装置，其中，所述评估部使用车辆的预计行驶负载来评估所述燃料效率。

6.根据权利要求5所述的档位决定装置，其中，基于从车辆所具备的传感器、在前车辆、外部服务器之中的至少一者获取的信息，分别导出所述预计车速及所述预计行驶负载。

7.一种档位决定方法，由决定车辆所具备的有级变速器的档位的档位决定装置执行，所述档位决定方法包括如下步骤：

确定步骤，基于预先存储的表示车速与档位的对应的变速特性映射图，确定与从当前经过第一时间后的预计车速对应的档位；

评估步骤，评估在多个档位之中的一部分档位的燃料效率，所述一部分档位包括所确定的档位、和在所述所确定的档位的上下特定级数以内的档位；以及

决定步骤，将基于所述燃料效率而从所述一部分档位选择出的档位决定为从当前的档位向其转变的档位。

8.一种仿真装置，生成用于仿真的车辆行驶路径的坡度模式及车速模式，所述仿真装置具备：

坡度模式生成部，在将行驶路径以每第一距离划分而成的每个区段中，把将所述区段的坡度等概率地增加或减少第一坡度的量而得的坡度作为与所述区段相邻的区段的坡度，依次导出每个区段的坡度，从而生成行驶路径的坡度模式；以及

车速模式生成部，通过导出包括先头车辆、末尾车辆和中间车辆在内的模型中的所述末尾车辆的车速，从而生成车速模式，其中，所述先头车辆按第一车速模式行驶，所述末尾车辆按第一前车跟随算法行驶，所述中间车辆在所述先头车辆与所述末尾车辆之间每第一时间段就等概率地增加或减少1台，并按所述第一前车跟随算法行驶。

Images