地形自适应换挡计划技术领域
本公开涉及自动变速器控制领域。更具体地，本公开涉及一种基于地形的自适应
换挡点的方法。
背景技术
许多车辆在宽的车速范围(包括前向运动和倒车运动两者)内使用。然而，大多数
类型的内燃发动机仅能够在窄的车速范围内高效运转。因此，经常使用能够在多个传动比
下高效传输动力的变速器。当车辆处于低速时，变速器通常在高传动比下操作，使得发动机
扭矩倍增以提高加速度。当车辆处于高车速时，在低传动比下操作变速器允许与安静、燃料
高效的巡航相关联的发动机转速。
图1示意性地示出了一种后轮驱动式车辆10。实线表示机械功率的流动，而虚线表
示信息信号的流动。发动机12提供机械功率并将功率传递到变速器输入轴14。变速器16将
功率传输到驱动轴18，同时调整转速以使车速与适合的发动机转速匹配。差速器20在左驱
动轮22和右驱动轮24之间分配功率，以允许车辆拐弯时车轮之间的轻微的转速差。在后轮
驱动式车辆中，差速器还使旋转轴线改变90度并且通过固定的主减速比来减小速度。在前
轮驱动式车辆中，部件可被不同地定向，并且可不通过轴而通过齿轮机构将功率从变速器
齿轮箱传递到差速器。
控制器26向发动机12提供信号以控制所产生的扭矩水平。例如，这些信号可控制
节气门开度、点火正时等。控制器26还向变速器16提供信号以控制变速器输入轴14和固定
到驱动轴18的变速器输出轴之间的传动比。这些信号可包括控制变速器16内的离合器的扭
矩容量的信号，当这些离合器以不同的组合接合时，建立具有不同传动比的不同的功率流
动路径。控制器26接收来自各种传感器的信号(比如来自变速器16的转速信号以及指示驾
驶员扭矩需求的驾驶员操作的加速踏板28的位置)。控制器26还可利用来自其它传感器(比
如加速度计30和车辆导航系统32(比如基于全球定位系统(GPS)卫星的系统))的信号。
控制器26决定何时命令从一个传动比到另一个传动比的换挡。这个决策被称为换
挡计划。虽然换挡计划算法可考虑许多不同的输入，但两个主要的输入通常是转速的指示
和扭矩需求的指示。图2示出了用于四速自动变速器的代表性换挡计划。横轴表示车速，或
者等同地表示与车速成比例的变速器输出轴的转速。纵轴表示通常基于加速踏板位置确定
的驾驶员需求的输出扭矩。在任何给定的时间，当前操作条件对应于该图中的一个点。每当
当前操作点从1-2升挡线40的左侧跨越到线40的右侧，控制器就计划从1挡到2挡的升挡。会
发生这种情况是因为车辆速度的增加，或者因为驾驶员降低了需求的扭矩，或者因为两者
的组合。每当当前操作点从2-1降挡线42的右侧跨越到线42的左侧，控制器就计划从2挡到1
挡的降挡。降挡线42相对于升挡线40轻微地偏移以避免响应于速度或需求的扭矩的小的变
化而频繁换挡。类似地，使用2-3升挡线44和3-2降挡线46计划2挡和3挡之间的换挡。类似
地，使用3-4升挡线48和4-3降挡线50计划3挡和4挡之间的换挡。对于具有四个以上传动比
的变速器，换挡计划具有更多的换挡线，但是构思是类似的。
每个换挡线的位置在校准过程中确定。校准需要在各个标准之间进行折衷。为了
产生最大的功率，内燃发动机通常必须在高速下旋转。因此，在高扭矩需求下，换挡计划趋
向于选择较低编号的挡位，使得发动机转速接近功率峰值。在低扭矩需求下，计划选择较高
编号的挡位，使得发动机转速接近针对相应功率需求的最高效的工作转速。一些换挡线的
位置可相对于理论理想值进行改变，以减少特定操作所需求的换挡数量或满足其它的客户
期望。
发明内容
一种选择变速器传动比的方法利用第一换挡计划和第二换挡计划。第二换挡计划
可指示在比第一换挡计划更高的发动机转速下的操作，使之更适合于山地地形。第二换挡
计划还可指示使用提供发动机制动的挡位状态，而第一换挡计划将指示超越单向离合器
(over-running one way clutche)实现的挡位状态。计数器保持指示之前行驶过的地区的
道路坡度。基于所测量的速度和驾驶员需求的变化利用第一换挡计划命令换挡。所测量的
速度可与变速器输出轴转速成比例。驾驶员需求可基于加速踏板的位置。响应于计数器超
过阈值，选择第二换挡计划并且使用第二换挡计划命令换挡。当选择第二换挡计划时，记录
与换挡计划的变化相关联的位置。该位置可以是计数器超过阈值之前车辆行驶过的位置。
响应于车辆在该位置附近的后续操作，在计数器超过阈值之前选择第二换挡计划。可使用
导航系统确定车辆何时该位置的附近操作。
一种操作车辆的方法对于不同的行驶路线可表现不同。在初始的行驶路线期间，
车辆根据第一换挡计划使变速器换挡，并且响应于沿路线观察到的道路坡度在某个位置切
换到第二换挡计划。在后续的行驶路线期间，车辆在到达所述位置之前基于导航系统的数
据和所存储的关于较早的换挡计划切换的数据切换到第二换挡计划。在切换到第二换挡计
划之后，车辆可在根据第一换挡计划不会执行降挡的速度和驾驶员需求处降挡。在切换到
第二换挡计划之后，在根据第一换挡计划将会执行升挡的速度和驾驶员需求处，车辆可保
持目前的挡位状态。在切换到第二换挡计划之后，在根据第一换挡计划将选择超越离合器
实现的挡位状态的速度和驾驶员需求处，车辆可选择提供发动机制动的挡位状态。
根据本发明，提供了一种操作车辆的方法，所述方法包括：当按线路行驶时，根据
第一换挡计划使变速器换挡；响应于沿路线观察到的道路坡度，在一位置处切换到第二换
挡计划；在后续的行驶路线期间，在到达所述位置之前基于导航系统的数据和所存储的关
于较早的换挡计划切换的数据而切换到第二换挡计划。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：在切换到第二换挡计划之后，在根据
第一换挡计划不会执行降挡的测量的速度和驾驶员需求处降挡。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：在切换到第二换挡计划之后，在根据
第一换挡计划将会执行升挡的测量的速度和驾驶员需求处保持目前的挡位状态。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：在切换到第二换挡计划之后，在第一
换挡计划将使用超越单向离合器实现的挡位状态的测量的速度和驾驶员需求处在提供发
动机制动的挡位状态下操作。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：保持与换挡计划的变化相关联的位
置的数据库；使用车辆导航系统来确定车辆何时在数据库中的所述位置的一个位置的阈值
距离内操作。
根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆包括：离散传动比变速器；位置确定系统；
控制器，被配置为根据第一换挡计划使变速器换挡，响应于道路坡度的回顾观察，切换到第
二换挡计划，记录与所述切换相关联的位置，响应于由位置确定系统确定的到所述位置的
之后的接近度，在到达所述位置之前切换到第二换挡计划。
根据本发明的一个实施例，控制器还被配置为，在切换到第二换挡计划之后，在根
据第一换挡计划不会执行降挡的测量的速度和驾驶员需求处使变速器降挡。
根据本发明的一个实施例，控制器还被配置为，在切换到第二换挡计划之后，在根
据第一换挡计划将会执行升挡的测量的速度和驾驶员需求处保持目前的挡位状态。
根据本发明的一个实施例，控制器还被配置为，在切换到第二换挡计划之后，在第
一换挡计划将使用超越离合器实现的挡位状态的测量的速度和驾驶员需求处在提供发动
机制动的挡位状态下操作。
附图说明
图1是表示车辆动力传动系统的示意图。
图2是第一换挡计划的图示说明。
图3是比图2的换挡计划更适合山地地形的第二换挡计划的图示说明。
图4是在两个换挡计划(比如图2和3的换挡计划)之间进行选择的过程的流程图。
图5是使计数器增量与道路坡度相关的函数的图示。
图6是使用图4的方法进行换挡计划选择的图示。
图7是在两个换挡计划之间进行选择并存储信息以供将来使用的过程的流程图。
图8是利用存储在图7的过程中的信息在两个换挡计划之间进行选择的过程的流
程图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例，其它实施例可以
采用各种和替代的形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件
的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为用于教导本领域
技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参考
任一附图示出和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合以形成未
明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公
开的教导一致的特征的各种组合和变型可以期望用于特定应用或实施方式。
在山地地形，根据图2的默认的换挡计划进行换挡可能不令人满意。在上坡坡度上
驾驶员需求多得多的输出扭矩，而在下坡坡度上需求少得多的扭矩，甚至是负的扭矩。这导
致很频繁的换挡。尽管增加一些换挡是可取的，但太多换挡令车辆乘员厌恶。图3示出了适
合山地地形的修正的换挡计划。每个换挡的标号与图1中的标号相同但带有上撇号(')。图2
的默认计划的换挡线被再现为虚线以供参考。应注意，山地换挡计划的换挡线位于右侧，使
得变速器趋向处于较低编号的挡位。在一些变速器中，一些较低编号的挡位一般仅传输正
扭矩。如果车辆以这些挡位中的一个挡位滑行下坡，则超越(overrun)单向离合器以允许发
动机怠速运转。通常，为迫使发动机转速和输出轴转速遵循那个挡位的惯常传动比同时从
输出轴传输扭矩以提高发动机转速，可以接合一个或更多个摩擦离合器。这样做会导致发
动机充当制动器，这在陡峭的下坡上通常是可取的。除了改变换挡点校准，山地换挡计划可
利用提供发动机制动的挡位状态代替单向离合器实现的相应挡位状态。
为了确定何时使用山地换挡计划，控制器利用图4中的以规则的间隔执行的流程
图所指示的计数器。所述间隔可限定为驶过的特定距离或特定的时间量。如果所述间隔是
时间量，则程序仅可在车速高于速度阈值时执行，以避免停驻在坡度上时改变计数器。在60
处，控制器在每个间隔处估计当前的道路坡度。例如，控制器可通过将速度传感器确定的车
速的导数与加速度计30的读数进行比较来估计道路坡度。在62处，控制器使计数器递增取
决于当前道路坡度的量，如图5所示。如果如64处和66处所示当前道路坡度是陡峭的(无论
是上坡或下坡)，则计数器递增一大的正的量。如果道路如68处所示接近水平，则计数器递
减。因此，当地形是山地时，计数器趋于增加，当地形平坦时，计数器趋于减少。如70处和72
处所示，在适度的上坡或下坡坡度下，计数器既不递增也不递减。计数器不会递减到零以
下，也不会递增超过预定上限。
如果计数器小于预定的平坦地形阈值，如74处所确定的，则在76处控制器选择图2
的默认的换挡计划。有时，这种切换可能会触发升挡。类似地，如果计数器大于预定的山地
阈值，如78处所确定的，则在80处控制器选择图3的山地换挡计划。这种计划切换可能会导
致降挡。山地阈值被设置为比平坦地形阈值更高，以避免在中间地形上来回频繁切换，而这
样的频繁切换可能导致车辆乘员可能无法预知而厌恶的换挡行为。如果计数器处于两个阈
值之间，则在82处控制器继续使用之前选择的任一换挡计划。
图6示出了使用上述过程的换挡计划选择概况(scenario)。在这种概况中，地形在
84处变为山地，然后在86处又变得平坦。计数器由线88表示。计数器在84处从零开始增加，
然后增加直到达到最大的计数器值。虽然示出为直线，但在某些情况下增加可以是非单调
的，这是因为在从上坡坡度到下坡坡度的转变期间计数器可能略有减小，反之亦然。当计数
器超过山地阈值92时，控制器在90处切换到山地换挡计划。注意，在切换之前车辆已经在山
地地形行驶了一段时间。在84和90之间，控制器根据默认的计划换挡，这可能会导致车辆处
于高于理想传动比的传动比、换挡过于频繁而且在下坡坡度上不提供发动机制动。当地形
变平坦时，计数器在86处开始减小。然而，直到94处计数器值下降到低于平坦地形阈值96
时，控制器才切换回默认的换挡计划。在86和94之间，车辆可能处于低于理想传动比的传动
比。此外，如果驾驶员滑行到停止，由于发动机制动，车辆将比预期更快地减速。
图7和图8描述了一种利用来自导航系统的位置信息和存储的关于以前的换挡计
划选择的信息来选择适当的换挡计划的改进的过程。与图4的过程相似，图7的过程以规则
的间隔执行，但是受制于诸如车辆静止时的例外。与图4中相应的步骤相同的步骤采用相同
的标号。包括若干额外的步骤以存储信息，从而改善将来的换挡计划选择。在62处调整计数
器后，将计数器的当前值和当前位置存储在存储器中。由于该信息将用于被存储的相同的
行程中，因此可使用易失性存储器(比如RAM)。在80处选择山地计划后，如果相对于默认的
换挡计划有变化，则在102处控制器计算与转变相关联的位置，并存储该位置供将来使用。
由于将来的使用可能在另一天，因此它被存储在当车辆关闭时仍会保留的这种类型的存储
器中。基于在100处存储的信息，控制器确定以前经过的位置，在该位置处转变到山地计划
是可取的。例如，所述位置可能是当计数器第一次超过了比山地阈值92更低的阈值时的位
置。或者，它可能是计数器减少超过一定阈值量的最近位置。或者，控制器可存储那个时候
的行驶方向。在一些实施例中，所述位置可被存储为单个点。在其它实施例中，可使用更复
杂的数据结构来表示转变后所经过的路径或区域。类似地，在76处切换到默认的换挡计划
后，控制器在104处存储与该转变相关联的位置。
图8示出了基于计数器和存储在长期存储器中关于以前的转变的信息的组合选择
换挡计划的过程。在106处，控制器识别与当前位置最接近的所存储的转变，并计算距与该
转变相关联的位置的距离。如果所述位置被存储为路径或区域，则所述距离可被计算为距
该路径或该区域中的任何点的最近的距离。如果所述距离小于阈值，如108处确定的，则在
110处控制器选择由该转变指示的换挡计划。如果行驶方向与所存储的转变的行驶方向相
同，则控制器选择在之前的转变期间所选择的换挡计划。如果行驶方向是相反的，则控制器
可选择相反的换挡计划。如果所述距离大于阈值，则根据图7的流程图在112处控制器基于
计数器选择换挡计划。作为利用所存储的信息的结果，控制器在更适当的时间转变到适当
的换挡计划。
为简单起见，仅相对于两个换挡计划描述了该方法。然而，该方法可扩展到多个级
别的换挡计划，每个换挡计划均适合逐渐变化的山地地形。可选地或者附加地，计数器可基
于道路坡度以外的其它标准。
虽然上文描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的
所有可能的形式。说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解，在不脱离
本公开的精神和范围的情况下能够进行各种变化。如前所述，各个实施例的特征可组合以
形成本发明可能没有明确描述或示出的进一步的实施例。虽然各个实施例可能被描述为提
供优点或者在一个或更多个期望特性方面优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领
域的普通技术人员认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷
以实现期望的整体系统属性。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或
现有技术实施方式合意的实施例不在本公开的范围之外，且可期望用于特定应用。