Способ и модуль для управления скоростью транспортного средства - RU2493979C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу и модулю для регулирования скорости транспортного средства в соответствии с ограничительной частью независимых пунктов формулы изобретения.

Уровень техники

Многие транспортные средства в настоящее время оборудованы устройством автоматического поддержания скорости для облегчения управления транспортным средством. Желаемая скорость может быть задана водителем, например, при помощи устройства управления в консоли рулевого колеса, и система автоматического поддержания скорости транспортного средства после этого воздействует на систему управления таким образом, чтобы она ускоряла и затормаживала транспортное средство, чтобы сохранить желаемую скорость. Если транспортное средство оборудовано автоматической системой переключения передач, передачи транспортного средства переключаются таким образом, чтобы транспортное средство могло сохранять желаемую скорость.

Когда устройство автоматического поддержания скорости используется на холмистой местности, система автоматического поддержания скорости будет стремиться сохранить заданную скорость на подъемах. Это приводит, среди прочего, к ускорению транспортного средства на вершине холма и, возможно, при последующем спуске, вызывая необходимость торможения для исключения превышения заданной скорости, что является неэкономичным по топливу режимом эксплуатации транспортного средства.

Благодаря изменению скорости транспортного средства на холмистой местности можно экономить топливо по сравнению с обычным устройством автоматического поддержания скорости. Это может быть сделано различными способами, например, посредством вычислений текущего состояния транспортного средства (как с устройством Scania Ecocruise®). Если подъем вычислен, система тогда ускоряет транспортное средство на подъеме. К концу подъема система запрограммирована для исключения ускорения, пока градиент не выровняется наверху, при условии, что скорость транспортного средства не падает ниже определенного уровня. Снижение скорости в конце подъема позволяет восстановить скорость на последующем спуске без использования двигателя для ускорения. Когда транспортное средство приближается к основанию уклона, система пытается использовать кинетическую энергию для начала следующего подъема с более высокой скоростью, чем с обычным устройством автоматического поддержания скорости. Система будет легко обеспечивать ускорение в конце спуска, чтобы сохранить количество движения транспортного средства. На холмистой местности это означает, что транспортное средство начинает следующий подъем с более высокой скоростью, чем нормальная. Исключение ненужного ускорения и использование кинетической энергии транспортного средства позволяют экономить топливо.

Если топология впереди известна транспортному средству, имеющему данные карты и системы глобального позиционирования, такая система может быть сделана более надежной и также может изменять скорость транспортного средства с упреждением.

В опубликованной заявке WO 2006/107267 A1 описаны способ и система для управления работой транспортного средства с упреждающей функцией устройства автоматического поддержания скорости движения. Прежде чем транспортное средство начинает движение, крутые подъемы и спуски вдоль маршрута идентифицируются по точкам. Местоположения точек вычисляются на основе многих параметров и сохраняются вместе с маршрутом до того, как транспортное средство начнет движение.

Задачей настоящего изобретения является управление скоростью транспортного средства в экономичном по топливу режиме на холмистой местности.

Сущность изобретения

Указанная выше задача решена, в соответствии с первым объектом, посредством создания способа регулирования скорости транспортного средства, включающего этапы:

A) определения горизонта при помощи данных позиционирования и данных карты маршрута, составленного из участков маршрута с длиной и характеристиками градиента для каждого участка;

B) вычисления пороговых значений для градиента участков в соответствии с одним или более значений, специфических для транспортного средства, причем пороговые значения служат граничными значениями для назначения участков в различные категории;

C) сравнения градиента каждого участка с пороговыми значениями и помещения каждого участка в пределах горизонта в категории в соответствии с результатами сравнений; и,

для каждого участка в пределах горизонта, который размещен в категории, указывающей крутой подъем или крутой спуск, способ включает:

D) вычисление конечной скорости v_end транспортного средства после конца участка на основе, среди прочего, входной скорости v_i для указанного участка; и если расчетная конечная скорость v_end находится за пределами диапазона для текущей заданной скорости v_set транспортного средства, ограниченного v_max и v_min, способ выполняет этап:

E) коррекции входной скорости v_i для указанного участка на основе расчетной конечной скорости v_end для участка, причем коррекция определяется правилами для указанной категории участка таким образом, чтобы v_min≤v_end≤v_max, предполагая это v_i скорректирована в пределах того же диапазона;

F) регулирования скорости транспортного средства в соответствии с заданными значениями v_ref скорости на основе входных скоростей v_iдля каждого участка.

Изобретение также относится, в соответствии со вторым объектом, к модулю для регулирования скорости транспортного средства, причем модуль содержит:

блок горизонта, приспособленный для определения горизонта при помощи полученных данных позиционирования и данных карты маршрута, составленного из участков маршрута с длиной и характеристиками градиента для каждого участка;

процессорный блок, приспособленный для:

- вычисления пороговых значений для градиента участков в соответствии с одним или более значений, специфических для транспортного средства, причем указанные пороговые значения служат граничными значениями для назначения участков в различные категории;

- сравнения градиента каждого участка с пороговыми значениями и помещения каждого участка в пределах горизонта в категории в соответствии с результатами сравнений; и

для каждого участка в пределах горизонта, который размещен в категории, указывающей крутой подъем или крутой спуск, процессорный блок приспособлен для:

- вычисления конечной скорости v_end транспортного средства после конца участка на основе, среди прочего, входной скорости v_i для указанного участка; и

- определения входной скорости v_i для указанного участка на основе расчетной конечной скорости v_end для участка, причем указанное определение задается правилами для указанной категории участка таким образом, чтобы конечная скорость v_end транспортного средства была в диапазоне, ограниченном v_max и v_min для текущей заданной скорости v_set транспортного средства, предполагая, что v_i определена в пределах того же диапазона;

и система управления приспособлена для регулирования скорости транспортного средства в соответствии с заданными значениями v_ref скорости на основе входных скоростей v_i для каждого участка.

Описанный выше способ обеспечивает надежный и эффективный вычислительный алгоритм, который быстро и достоверно генерирует заданные значения скорости, при помощи которых система управления может управлять транспортным средством.

Когда в пределах горизонта существует неизбежный крутой подъем, вычисляется ожидаемая величина потери скорости транспортного средства во время подъема. Если результат ниже минимальной скорости v_min, заданной, например, водителем или модулем, заданные значения v_ref скорости корректируются вверх перед подъемом, но самое большее до v_max. Повышение скорости перед подъемом приводит к экономии времени, поскольку скорость не будет уменьшаться настолько, как при использовании традиционного устройства автоматического поддержания скорости, которое только устанавливает скорость транспортного средства в соответствии с расчетной скоростью v_set. Повышение скорости транспортного средства перед подъемом, таким образом, происходит только когда вычисляется, что скорость транспортного средства упадет ниже заданной минимальной скорости v_min.

Когда в пределах горизонта находится неизбежный крутой спуск, система вычисляет скорость, до которой скорость транспортного средства, как ожидается, увеличится во время движения на спуске. Если результат превышает максимальную скорость v_max, заданную, например, водителем или системой, заданные значения v_ref скорости корректируются вниз перед спуском, но самое большее до v_min. Использование потенциальной энергии на спуске посредством поддержания повышенной скорости приводит к экономии времени по сравнению с традиционным устройством автоматического поддержания скорости, которое не может отклоняться от заданного значения v_set. Регулирование прогнозируемой скорости во время движения на спуске, таким образом, происходит только когда транспортное средство, как ожидается, достигнет скорости, которая превышает максимальную скорость v_max.

Когда модуль допускает снижение скорости транспортного средства, в соответствии со способом, до v_min на подъеме с ожиданием последующего ускорения для восстановления потерянной скорости до окончания гребня холма, то есть, на горизонтальной дороге, результатом является экономия времени по сравнению с транспортным средством, которое должно поддерживать расчетную скорость v_set во время подъема, так как требуется больше топлива для поддержания скорости при подъеме, чем для восстановления скорости после подъема. Если за подъемом следует спуск, скорость может поддерживаться на меньшем уровне при подъеме для исключения торможения на спуске, поскольку скорость транспортного средства становится слишком высокой, и транспортное средство использует вместо этого потенциальную энергию на спуске благодаря собственному весу. Если прогнозируемая скорость на спуске больше, чем заданная скорость v_set, принятая водителем, прогнозируемая скорость может поддерживаться, позволяя транспортному средству "с разгоном" входить на предстоящий подъем.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах и подробном описании.

Краткое описание чертежей

Изобретение описано ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - функциональный контекст модуля регулирования в транспортном средстве в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг. 2 - блок-схема способа в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг. 3 - иллюстрация длины горизонта системы управления относительно длины маршрута для транспортного средства;

фиг. 4 - иллюстрация различных прогнозируемых скоростей и категорий участков на крутом подъеме;

фиг. 5 - иллюстрация различных прогнозируемых скоростей и категорий участков на крутом спуске;

фиг. 6 - иллюстрация различных прогнозируемых скоростей и категорий участков, которые непрерывно обновляются по мере добавления к горизонту новых участков;

фиг. 7 - иллюстрация разности между устройством согласно изобретению и традиционным устройством автоматического поддержания скорости, в соответствии с вариантом осуществления изобретения; и

фиг. 8 - иллюстрация разности между устройством согласно изобретению и традиционным устройством автоматического поддержания скорости, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Информация о маршруте транспортного средства может использоваться для регулирования его скорости с упреждением для экономии топлива, повышения безопасности и комфорта. Топография значительно воздействует на управление, в частности, трансмиссию грузовых автомобилей, так как требуется намного больший крутящий момент при подъеме, чем при спуске, и обеспечение подъема на некоторые возвышения без переключения передач.

Транспортное средство снабжено системой позиционирования и информацией карты, и топологические данные от системы позиционирования и топологические данные от информации карты используются для создания горизонта, который показывает характер маршрута. В описании настоящего изобретения для определения топологических данных для транспортного средства указана система глобального позиционирования (GPS), но следует понимать, что также могут рассматриваться другие виды глобальных или региональных систем позиционирования для снабжения транспортного средства данными позиционирования, например, системы, в которых используется радиоприемник для определения положение транспортного средства. Транспортное средство также может использовать датчики для сканирования окрестностей и, таким образом, определения его положения.

На фиг. 1 показано, как блок включает информацию карты и системы глобального позиционирования о маршруте. Маршрут показан ниже как единственный маршрут для транспортного средства, но следует понимать, что различные потенциальные маршруты включены в систему, как информация от карт и системы глобального позиционирования или других систем позиционирования. Водитель также может регистрировать исходную точку и пункт назначения намеченного маршрута, когда блок использует данные карты и т.д. для вычисления пригодного маршрута. Маршрут или, если существуют две или больше возможных альтернатив, маршруты посылаются поразрядно через контроллерную сеть (CAN) к модулю для регулирования заданных значений, причем модуль может быть отдельным или может являться частью системы управления, которая должна использовать заданные значения для регулирования скорости транспортного средства. В альтернативном варианте блок с картами и системой позиционирования также может быть частью системы, которая использует заданные значения для регулирования. В модуле регулирования биты соединяются в блоке горизонта для формирования горизонта и обрабатываются процессорным блоком для получения внутреннего горизонта, благодаря которому система управления может регулировать. Если существуют два или больше альтернативных маршрутов, создается множество внутренних горизонтов для альтернативных вариантов. Горизонт или горизонты тогда непрерывно дополняются новыми битами от блока с данными системы глобального позиционирования и данными карты для поддержания желательной длины горизонта. Горизонт, таким образом, непрерывно обновляется, когда транспортное средство находится в движении.

Контроллерная сеть (CAN) представляет собой систему последовательной шины, специально разработанную для использования в транспортных средствах. Шина данных контроллерной сети обеспечивает обмен цифровыми данными между датчиками, регулирующими компонентами, приводами, управляющими устройствами и т.д. и обеспечивает то, что два или более управляющих устройств могут иметь доступ к сигналам от данного датчика, чтобы использовать их для связанных с ними управляющих компонентов.

На фиг. 2 показана блок-схема, поясняющая этапы, которые включают способ, соответствующий варианту осуществления изобретения. Пример, описанный ниже, относится только к одному горизонту, но следует понимать, что два или больше горизонтов могут быть созданы для различных альтернативных маршрутов параллельно. Первый этап A) определяет горизонт на основе данных позиционирования и данных карты маршрута, составленный из участков маршрута с характеристиками длины и градиента для каждого участка. Когда транспортное средство находится в движении, модуль горизонта соединяет биты для формирования горизонта маршрута, причем длина горизонта составляет, в типичном случае, от 1 до 2 км. Блок горизонта отслеживает местоположение транспортного средства и непрерывно дополняет горизонт таким образом, чтобы длина горизонта поддерживалась постоянной. В соответствии с вариантом осуществления изобретения, когда пункт назначения находится в пределах длины горизонта, горизонт больше не прибавляется, поскольку движение за пределами пункта назначения не относится к делу.

Горизонт составлен из участков маршрута, которые имеют характеристики в форме связанных с ними длиной и градиентом. Горизонт здесь иллюстрируется матричной формой, в которой каждая колонка содержит характеристику для участка. Матрица, покрывающая маршрут на 80 м вперед, может иметь следующую форму:

где первая колонка - длина (dx) каждого участка в метрах, а вторая колонка - градиент в % каждого участка. Матрицу следует рассматривать таким образом, что для 20 метров вперед от настоящего положения транспортного средства градиент составляет 0,2%, после чего следуют 20 метров с градиентом 0,1% и так далее. Величины для участков и градиенты могут не быть выражены в относительных значениях, но могут, вместо этого, быть выражены в абсолютных величинах. Матрица, предпочтительно, имеет векторную форму, но может, вместо этого, иметь структуру указателя в форме пакетов данных и т.п. Существуют также различные другие потенциальные характеристики для участков, например, радиус кривизны, дорожные знаки, различные препятствия и т.д.

Затем участки в пределах горизонта размещаются в различных категориях на этапе B), в котором пороговые значения вычисляются для градиента участков в соответствии с одним или более значений транспортного средства, причем указанные пороговые значения служат граничными значениями для назначения участков в различные категории. Пороговые значения для градиента вычисляются, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, при помощи одного или более значений транспортного средства, например, текущего передаточного отношения, текущего веса транспортного средства, максимальной кривой вращающего момента двигателя, механического трения и/или сопротивления движению транспортного средства с данной скоростью. Модель транспортного средства в системе управления используется для оценки сопротивления движению с данной скоростью. Передаточное отношение и максимальный крутящий момент являются известными величинами в системе управления транспортного средства, и вес транспортного средства оценивается в оперативном режиме.

Далее приведены примеры пяти различных категорий, в которые могут быть размещены участки:

горизонтальная дорога: участок с градиентом 0 ± отклонение.

Крутой подъем: участок со слишком крутым градиентом для транспортного средства для поддержания скорости на текущей передаче.

Плавный подъем: участок с градиентом между отклонением и пороговым значением для крутого подъема.

Крутой спуск: участок с таким крутым наклонным градиентом, что транспортное средство ускоряется градиентом.

Плавный спуск: участок с наклонным градиентом между отрицательным отклонением и пороговым значением для крутого спуска.

Для помещения участков в указанные выше категории пороговые значения, таким образом, вычисляются в форме двух пороговых значений l_min и l_max градиента, где l_min - минимальный градиент для транспортного средства, ускоряемого градиентом спуска, а l_max - максимальный градиент, при котором транспортное средство может поддерживать скорость без переключения передачи при подъеме. Таким образом, скорость транспортного средства может регулироваться в соответствии с градиентом и участком дороги впереди таким образом, чтобы транспортное средство могло двигаться в экономичном по топливу режиме при помощи устройства автоматического поддержания скорости движения на холмистой местности. Например, отклонение для категории "горизонтальная дорога", предпочтительно, составляет от 0,05% до -0,05%, когда транспортное средство движется со скоростью 80 км/ч. На основе этой же скорости (80 км/ч), l_min обычно вычисляется в диапазоне от -2 до -7%, и l_max обычно составляет от 1 до 6%. Однако эти величины значительно зависят от текущего передаточного отношения (передача + постоянное передаточное число задней оси), характеристик двигателя и общего веса.

На следующем этапе C) способ предусматривает сравнение градиента каждого участка с пороговыми значениями и помещение каждого участка в пределах горизонта в категории в соответствии с результатами сравнений.

После помещения в категорию каждого участка в пределах горизонта, внутренний горизонт для системы управления может быть создан на основе классификации участков и горизонта. Внутренний горизонт содержит входные скорости v_i для каждого участка, которые являются скоростями, которые должна соблюдать система управления. Для каждого участка также существует конечная скорость v_end, которая равна входной скорости v_i для следующего участка.

Для каждого участка в пределах горизонта, который находится в категории, указывающей крутой подъем или крутой спуск, способ содержит этап D) для вычисления конечной скорости v_end транспортного средства после конца участка на основе, среди прочего, входной скорости v_i для этого участка; и если расчетная конечная скорость v_end находится за пределами диапазона для текущей заданной скорости v_set транспортного средства, который ограничен v_max и v_min, способ выполняет этап E) для коррекции входной скорости v_i для этого участка на основе расчетной конечной скорости v_end для участка, причем указанная коррекция определяется правилами для указанной категории участка таким образом, чтобы v_min≤v_end≤v_max, предполагая, что v_i скорректирована в пределах того же диапазона. V_end, таким образом корректируется так, чтобы она была в диапазоне для v_set. Если расчетная конечная скорость v_end находится в диапазоне для v_set, способ переходит к следующему участку в пределах горизонта вместо коррекции входной скорости v_i и конечной скорости v_end в соответствии с этапом E). V_set является расчетной скоростью, которая задана водителем и поддержание которой желательно при помощи систем управления транспортного средства в диапазоне, когда транспортное средство находится в движении.

Диапазон ограничен двумя скоростями v_min и v_max, которые могут быть заданы водителем вручную или установлены автоматически посредством вычислений соответствующего диапазона, предпочтительно, вычисляемого в модуле регулирования. Скорость транспортного средства затем регулируется на этапе F) в соответствии с заданными значениями v_ref скорости на основе входных скоростей v_i для каждого участка. Заданные значения v_ref для системы управления в транспортном средстве, таким образом, могут изменяться между двумя указанными выше скоростями v_min и v_max, и когда способ прогнозирует внутренний горизонт для скорости транспортного средства, скорость транспортного средства может, в таком случае, изменяться в этом диапазоне.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, затребованное изменение скорости осуществляется линейно между двумя входными скоростями v_i для снабжения системы управления заданными значениями v_ref, которые вызывают постепенное увеличение или уменьшение скорости транспортного средства. Линейное изменение скорости приводит к вычислению постепенных изменений скорости, которые должны осуществляться для достижения изменения скорости. Другими словами, линейное увеличение скорости достигается посредством линейного изменения. Все участки в пределах горизонта проходятся непрерывно, и по мере добавления к горизонту новых участков, входные скорости v_i корректируются как необходимо на участках в диапазоне заданной скорости v_set транспортного средства.

Различные правила для категорий участков, таким образом, регулируют то, как должна корректироваться входная скорость v_i для каждого участка. Если участок будет размещен в категории "горизонтальная дорога", изменения входной скорости v_i для участка не будут происходить. Управление транспортным средством, таким образом, при удовлетворении требований комфорта, задействует уравнение Торричелли, приведенное ниже, для вычисления постоянного ускорения или торможения, которые должны прилагаться к транспортному средству:

v²_slut=v²_i+2·a·s (1)

где v_i - входная скорость для участка, v_slut - скорость транспортного средства в конце участка, а - постоянное ускорение/замедление и s - длина участка.

Если участок находится в категории "крутой подъем"или "крутой спуск", конечная скорость v_slut для участка прогнозируется посредством решения уравнения (2), приведенного ниже:

v²_slut=(a·v²_i+b)·(e^(2·a·s/M)-b)/a (2)

где

a=-C_d·p·A/2 (3)

b=F_track-F_roll-F_a(4)

F_track=(T_eng·i_final·i_gear·M_gear)/r_wheel (5)

F_roll=flatCorr·M·g/1000·(C_rrisoF+C_b·(v_i-v_iso)+C_aF·(v²_i-v²_iso)) (6)

F_a=M·g·sin(arctan(α)) (7)

flatCorr=1/√(1+r_wheel/2,70) (8)

Конечная скорость v_slut транспортного средства после конца участка, таким образом, вычисляется в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения на основе входной скорости v_i для участка, силы F_track, действующей от крутящего момента двигателя в направлении движения транспортного средства, силы F_roll от сопротивления качению, воздействующего на колеса транспортного средства, и силы F_a, воздействующей на транспортное средство из-за градиента а участка. Кроме того, C_d - коэффициент сопротивления воздуха, p - плотность воздуха, А - самая большая площадь поперечного сечения транспортного средства, T_eng - крутящий момент двигателя, i_final - конечная передача транспортного средства, i_gear - текущее передаточное отношение в коробке передач, M_gear - эффективность зубчатой передачи, r_wheel - радиус колеса транспортного средства, М - вес транспортного средства, C_aF и C_b - зависимые от скорости коэффициенты, относящиеся к сопротивлению качению колес, C_rrisoF - постоянный член, относящийся к сопротивлению качению колес, и v_iso- скорость по ISO, например, 80 км/ч.

На участках в категории "крутой подъем" конечная скорость v_slut затем сравнивается с v_min, и если v_slutmin, то v_i должна быть увеличена таким образом, чтобы

v_i=min(v_max, v_i+(v_min-v_slut) (9),

иначе изменение v_i не происходит, так как v_slut удовлетворяет требованию нахождения в пределах диапазона для расчетной скорости.

На участках в категории "крутой спуск" конечная скорость v_end сравнивается с v_max, и если v_end>v_max, то v_i должна быть уменьшена таким образом, чтобы

v_i=max(v_min, v_i-(v_slut-v_max)) (10),

иначе изменение v_i не происходит, так как v_end удовлетворяет требованию нахождения в пределах диапазона для расчетной скорости.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, этап E) также содержит определение входной скорости v_i для участка в соответствии с длиной участка, и максимальная коррекция входной скорости v_i определяется расчетным максимальным ускорением или замедлением в соответствии с правилами для категории участка. Предпочтительно, используется уравнение (1) Торричелли для вычисления того, возможно ли достижение v_end с входной скоростью v_i с соблюдением требований комфорта, то есть, с максимальным постоянным ускорением/замедлением. Если это невозможно из-за длины участка, v_i уменьшается или увеличивается таким образом, чтобы могло поддерживаться требование комфорта, то есть, с не слишком большим ускорением/замедлением. Результатом является обеспечение того, что транспортное средство будет двигаться комфортабельно в отношении ускорения и замедления.

На участках в категории "плавный подъем" заданное значение v_ref может изменяться между v_min и v_set, когда включен новый участок, то есть, v_min≤v_ref≤v_set.Если v_ref≥v_min, ускорение транспортного средства не осуществляется. Однако если v_refmin, то v_ref применяется к v_min на протяжении участка, или если v_ref>v_set, то v_ref линейно изменяется к v_set посредством уравнения (1). На участках в категории "плавный спуск" v_ref может изменяться между v_set и v_max, когда включен новый участок, то есть, v_set≤v_ref≤v_max, и если v_ref≤v_max, замедление транспортного средства не осуществляется. Однако если v_ref>v_max, то v_ref применяется к v_max на протяжении участка, или если v_refset, то v_ref линейно изменяется к v_set посредством уравнения (1). Пять указанных выше категорий участка могут быть упрощены до трех посредством удаления категорий "плавный подъем" и "плавный спуск". Категория "горизонтальная дорога" тогда покроет больший диапазон, ограниченный расчетными пороговыми значениями l_min и l_max, и, таким образом, градиент на участке должен быть меньше, чем l_min, если градиент отрицательный, или больше, чем l_max, если градиент положительный.

Когда участок, который следует после участка в пределах горизонта, который находится в категории "плавный подъем" или "плавный спуск", вызывает изменение входных скоростей для участков в этих категориях, это может означать, что входные скорости и, следовательно, заданные скорости для системы управления корректируются и становятся более высокими или низкими, чем задано указанными выше правилами для категорий "плавный подъем" или "плавный спуск". Таким образом, это применяется, когда входные скорости для участков корректируются согласно последующим участкам.

Все запрошенные изменения скорости, таким образом, предпочтительно, линейно изменяются посредством уравнения (1) Торричелли таким образом, что они происходят с соблюдением требований комфорта. Таким образом, общее правило требует не увеличивать заданную скорость v_ref на подъеме, так как любое возможное увеличение скорости v_ref должно иметь место прежде, чем начинается подъем, если транспортным средством следует управлять в экономичном режиме. По этой же причине, заданная скорость v_ref не должна быть снижена на спуске, так как любое возможное уменьшение скорости v_ref должно иметь место перед движением на спуске.

Непрерывное прохождение через все участки в пределах горизонта позволяет определить внутренний горизонт, который представляет прогнозируемые значения v_i входной скорости для каждого участка. Предпочтительно, горизонт обновляется по частям, чтобы он имел постоянную длину, и внутренний горизонт обновляется непрерывно по мере добавления к горизонту новых участков, например, два - три раза в секунду. В соответствии с вариантом осуществления изобретения, определение входной скорости v_i задействует входные скорости, которые применялись на предыдущих участках, определяемые правилами для категорий участка таким образом, чтобы могла быть получена указанная входная скорость v_i. Непрерывное прохождение участков в пределах горизонта включает непрерывное вычисление входных значений v_i для каждого участка, и, таким образом, вычисление входной величины v_i может вызывать необходимость изменения входных значений и вперед, и в обратном направлении во внутреннем горизонте. Когда, например, прогнозируемая скорость на участке находится вне заданного диапазона, необходимо скорректировать скорость на предыдущих участках.

Это позволяет достигнуть желаемой скорости внутри диапазона скоростей и, в то же время, двигаться в режиме экономии топлива.

На фиг. 3 изображен внутренний горизонт относительно маршрута. Внутренний горизонт непрерывно перемещается вперед, как обозначено показанным пунктиром перемещающимся вперед внутренним горизонтом.

На фиг. 4, 5 и 6 "LR" относится к "горизонтальной дороге","GU" к "плавному подъему","SU" к "крутому подъему","SD" к "крутому спуску"и "GD" к "плавному спуску".

На фиг. 4 показан пример того, как задаются скорости в начале и конце каждого участка в соответствии со способом, когда участок находится в категории "крутой подъем". Каждый из участков, изображенных на схеме, может состоять из одного или более сложных участков. Водитель здесь принял расчетную скорость v_set 80 км/ч, и или водитель, или модуль приняли минимальную и максимальную скорости v_min=75 и v_max=85 км/ч. На фиг. 4 скорость v₁=80 км/ч, то есть равна заданной скорости v_set.

Участок "A" на фиг. 4 классифицирован как "горизонтальная дорога", в результате чего прогнозируется неизменная скорость v₂ транспортного средства после участка. Таким образом, v₂ также составляет 80 км/ч.

Участок "B" на фиг. 4 классифицирован как "крутой подъем". Конечная скорость v₃ для участка "B" тогда вычисляется в соответствии с формулой (2). Если v₃ вычислена как меньшая, чем v_min, то есть, ниже 75 км/ч, v₃ должна быть увеличена на v₃-v_min, но самое большее на v_max-v₂, см. формулу (9).

Для иллюстрации этого три различные расчетные конечные скорости v₃ даны для транспортного средства после участка "В":

1. Если v₃ вычислена как 75 км/ч, это не означает коррекции от v₂, то есть, v₂=80 км/ч и v₃=75 км/ч.

2. Если v₃ вычислена как 73 км/ч, это означает коррекцию от v₂ на +2 км/ч, то есть, v₂ = 82 км/ч, и v₃ становится = 75 км/ч.

3. Если v₃ стала = 69 км/ч, это означает коррекцию от v₂ на +5 км/ч, то есть, v₂=85 км/ч, и v₃ становится = 74 км/ч.

Увеличение скорости до v₂ также зависит от длины участка "A". Благодаря использованию расчетного ускорения или замедления, которое приводит к приемлемому комфорту, то есть, ускорения или замедления, которое весьма комфортабельно для водителя, и благодаря вычислению на основе этого предположения самой высокой входной скорости v₂, которая возможна, например, с использованием уравнения (1) Торричелли, мы можем также скорректировать v₂ таким образом, чтобы удовлетворялись требования комфорта на протяжении участка "A".

После подъема транспортное средство может иметь более низкую скорость, чем заданная скорость v_set, принятая водителем. Этот дефицит, например, может быть создан системой с учетом предстоящего спуска (после участка "C" на фиг. 4).

Фиг. 5 иллюстрирует пример того, как скорости в начале и конце каждого участка устанавливаются в соответствии со способом, когда участок находится в категории "крутой спуск". Каждый участок, изображенный на схеме, здесь снова может состоять из одного или более сложных участков. Расчетная скорость v_set составляет 80 км/ч, и или водитель или модуль принял минимальную и максимальную скорости v_min=75 и v_max=85 км/ч. На фиг. 5 скорость v₅=80 км/ч, то есть равна расчетной скорости v_set.

Участок "D" на фиг. 5 классифицирован как "горизонтальная дорога", что приводит к прогнозу неизменяемой скорости v₆ транспортного средства после участка. Таким образом, v₆ также составляет 80 км/ч.

Участок "E" на фиг. 5 классифицирован как "крутой спуск". Конечная скорость v₇ для участка "E" тогда вычисляется в соответствии с уравнением (1). Если v₇ вычислена как большая, чем v_max, то есть, больше 85 км/ч, v₆ должна быть уменьшена на v₆-v_max, но самое большее на v_min-v₆. Если v₇ вычислена как большая, чем v_max, то есть, более 85 км/ч, v₆ должна быть уменьшена на v₇-v_max, но самое большее на v_min-v₆, см. формулу (10).

Для иллюстрации этого, три различные расчетные конечные скорости v₇ даны для транспортного средства после участка "Е":

1. Если v₇ вычислена как 85 км/ч, это не означает коррекции от v₆, то есть, v₆=80 км/ч и v₇=85 км/ч.

2. Если v₇ вычислена как 87 км/ч, это означает коррекцию от v₆ на -2 км/ч, то есть, v₆=78 км/ч, и v₇ становится = 85 км/ч.

3. Если v₇ вычислена как 91 км/ч, это означает коррекцию от v₆ на -5 км/ч, то есть, v₆=75 км/ч, и v₇ становится = 86 км/ч.

Увеличение скорости до v₆ также зависит от длины участка "D", см. фиг. 5. Здесь снова мы используем расчетное замедление, например, посредством уравнения (5) Торричелли для вычисления увеличения скорости, которое обеспечивает приемлемый комфорт.

После спуска транспортное средство может двигаться с более высокой скоростью, чем заданная скорость v_set, принятая водителем. Этот избыток, например, может быть использован транспортным средством на предстоящем подъеме (после участка F на фиг. 5).

Фиг. 6 иллюстрирует пример того, как входные скорости и конечные скорости для каждого участка определяются во внутреннем горизонте, который здесь имеет длину 1-2 км. В этом примере расчетная скорость v_set транспортного средства составляет 80 км/ч, v_min составляет 75 км/ч, и v_max составляет 80 км/ч. Входная скорость v_i транспортного средства на первом участке в пределах горизонта составляет 80 км/ч. Поскольку участок классифицирован как "горизонтальная дорога",конечная скорость v₂ для участка составит 80 км/ч. После него следует участок, классифицированный как "плавный подъем", таким образом, что конечная скорость v₃ для него установлена такой же, как входная скорость v₂, составляющая 80 км/ч. Следующий участок представляет собой "крутой подъем",для которого конечная скорость v₄, прогнозируемая в этом примере, составляет 74 км/ч. Поскольку она ниже v_min, и правила для категории участка указывают, что v₄ должна составлять 75 км/ч, v₃ корректируется до 81 км/ч. V₂ тогда также устанавливается на 81 км/ч, и уравнение (1) Торричелли используется для определения, может ли изменение скорости от v_i (80 км/ч) до v₂ (81 км/ч) иметь место с соблюдением требований комфорта. В примере это возможно, и когда участок после "крутого подъема" является "плавным подъемом", v₅ задается равной v₄, то есть, 75 км/ч. Затем следует участок, классифицированный, как "горизонтальная дорога", и поскольку расчетная скорость составляет 80 км/ч, способ в соответствии с изобретением теперь предусматривает увеличение скорости таким образом, чтобы v₆ составляла 80 км/ч. Способ предусматривает проверку того, возможно ли это с соблюдением требований комфорта, и в этом примере уравнение (1) Торричелли указывает, что это невозможно, так как самая высокая конечная скорость, которая может быть достигнута в конце участка, составляет v₆=77 км/ч. V₆, таким образом, прогнозируется как 77 км/ч. Следующий участок представляет собой "плавный спуск", и, таким образом, v₇ устанавливается такой же, как v₆, то есть, 77 км/ч. Затем следует участок, классифицированный как "крутой спуск", и конечная скорость v₈, прогнозируемая формулой (2), составляет 87 км/ч. Поскольку она превышает v_max 85 км/ч, v₇, в соответствии с правилами для категории, должна быть скорректирована на -2 км/ч. V₇, таким образом, становится 75 км/ч, и v₆ становится 75 км/ч. Поскольку v₅ уже задана как 75 км/ч, нет необходимости в увеличении скорости между v₅ и v₆, и таким образом, может достигаться экономия топлива. Больше нет необходимости в изменении скорости в обратном направлении на участках от v₅, поскольку v₆=v₅. За участком "крутой спуск"следует участок, классифицированный как "плавный спуск", следовательно, скоростью v₉ будет 85 км/ч, такая же, как v₈, в соответствии с правилами для категории. Следующий участок классифицирован как "горизонтальная дорога", и, следовательно, скорость v₁₀, будет зависеть от того, к каким категориям участков принадлежат следующие участки дороги.

Переменная заданная скорость v_ref, таким образом, зависит от того, движется ли транспортное средство по существу по:

- подъему, когда скорость может быть повышена перед подъемом;

- горизонтальной дороге, когда скорость может быть повышена;

- спуску, когда может поддерживаться существующая более низкая скорость.

Тот факт, что способ обеспечивает распознавание следующей категории участка ("крутой подъем", "плавный подъем", "горизонтальная дорога", "плавный спуск" или "крутой спуск"), таким образом, воздействует на то, каким образом способ изменяет заданную скорость.

Для исключения потребления излишне большого количества топлива, когда за первым крутым подъемом или первым крутым спуском следует крутой подъем или крутой спуск в пределах определенного расстояния L, вариант осуществления изобретения не допускает ни ускорения, ни замедления транспортного средства в пределах участка L. Только ускорение или замедление для достижения желаемой скорости v_ref осуществляется перед следующим холмом. Этот вариант осуществления изобретения показан на фиг. 7 и 8. Обычное устройство автоматического поддержания скорости представлено штрих-пунктирной линией, и устройство автоматического поддержания скорости в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения показано пунктиром. Участок L здесь вычисляется для охвата определенного расстояния, которое меньше заданного порогового значения. Пороговое значение, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, составляет 250-500 м. L, например, может быть вычислен посредством сложения длин участков, расположенных между холмами. Когда транспортное средство поднялось на холм на фиг. 7, v_ref задается как его требуемая скорость перед следующим холмом, в этом случае, как v_min. Эта скорость затем поддерживается по всему участку L, то есть, пока транспортное средство не будет находиться, например, на крутом спуске. Любая потребность в увеличении скорости транспортного средства, таким образом, исключается, так как оно будет пытаться поддерживать скорость v_set для уменьшения скорости позже и, таким образом, получать преимущество от энергии, доступной на спуске, то есть, благодаря исключению необходимости затормаживать транспортное средство. Когда транспортным средством управляют с обычным устройством автоматического поддержания скорости, будет требоваться, таким образом, больше энергии для торможения на спуске, как показано на схеме. V_kfb представляет здесь установку торможения для поддержания постоянной скорости, то есть, вспомогательного тормозного устройства автоматического поддержания скорости транспортного средства, которое действует, когда транспортное средство затормаживается на спуске. Транспортное средство затормаживается для исключения движения со скоростью, превышающей эту установку. Таким образом, экономится энергия посредством поддержания постоянной скорости на участке L, как показано на фиг. 8. Когда транспортное средство прошло спуск на фиг. 8, v_ref задается как его требуемая скорость перед следующим холмом, в этом случае, v_max. Эта скорость затем поддерживается по всему участку L, то есть, пока транспортное средство не пойдет, например, на крутой подъем. Любая потребность в увеличении скорости транспортного средства, таким образом, исключается, так как транспортное средство будет пытаться поддерживать скорость v_set.

Настоящее изобретение также относится к модулю для регулирования скорости транспортного средства, показанному на фиг. 1. Модуль содержит блок горизонта, приспособленный для определения горизонта при помощи полученных данных позиционирования и данных карты, составленного из участков маршрута с длиной и характеристиками градиента для каждого участка.

Модуль также содержит процессорный блок, приспособленный для выполнения этапов B)-E), как описано выше. Система управления в транспортном средстве также приспособлена для регулирования скорости транспортного средства в соответствии с заданными значениями v_ref скорости на основе входных скоростей v_i для каждого участка. В результате получен модуль, который может использоваться в транспортном средстве для определения заданной скорости для системы управления, когда на маршруте есть крутые подъемы и спуски. Модуль может быть частью системы управления, для которой он предназначен, для определения заданных значений, или он может быть автономным модулем, отдельным от системы управления.

Специфические значения транспортного средства, такие как текущее передаточное отношение, текущий вес транспортного средства, максимальный вращающий момент двигателя, механическое трение и сопротивление движению транспортного средства с данной скоростью, предпочтительно, определяются процессорным блоком. Пороговые значения, таким образом, могут быть определены на основе состояния транспортного средства в этот момент. Сигналы, необходимые для определения этих величин, могут быть получены из контроллерной сети или могут быть определены соответствующими датчиками.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, процессорный блок также приспособлен для вычисления конечной скорости v_end транспортного средства после конца участка на основе силы F_track, действующий от крутящего момента двигателя в направлении движения транспортного средства, силы F_roll, которая является сопротивлением качению, воздействующим на колеса транспортного средства, силы F_a, воздействующей на транспортное средство из-за градиента участка, и сопротивления качению. Предпочтительно, используется указанная выше формула (2), и в таком случае можно прогнозировать конечную скорость v_end, таким образом, получая опорное значение для возможности изменения входной скорости v_i на участке. Таким образом, скорость транспортного средства может регулироваться в соответствии с волнистостью маршрута, чтобы двигаться в режиме экономии топлива.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, процессорный блок приспособлен для определения входной скорости v_i для участка в соответствии с длиной участка, посредством чего максимальная коррекция входной скорости v_i определяется расчетным максимальным ускорением или замедлением в соответствии с правилами для категории участка. Предпочтительно, используется уравнение (1) Торричелли для вычисления того, возможно ли достижение v_end с входной скоростью v_i с соблюдением требований комфорта, и если это невозможно из-за длины участка, v_i уменьшается или увеличивается для поддержания требований комфорта, то есть, подержания не слишком большого ускорения/замедления. Таким образом, получена гарантия того, что транспортное средство будет двигаться комфортно в отношении ускорения и замедления.

Процессорный блок, предпочтительно, приспособлен для линейного изменения скорости между двумя последовательными входными скоростями v_i для снабжения системы управления постепенным увеличением или уменьшением заданных значений v_ref скорости. Результатом является постепенное увеличение скорости таким образом, чтобы транспортное средство двигалось без слишком большого ускорения или замедления.

Блок горизонта, предпочтительно, приспособлен для непрерывного определения горизонта, пока горизонт не превышает запланированного маршрута для транспортного средства, и процессорный блок, предпочтительно, приспособлен для непрерывного выполнения этапов для вычисления и обновления заданных значений для системы управления на протяжении всей длины внутреннего горизонта. В варианте осуществления изобретения горизонт, таким образом, создается по частям по мере движения транспортного средства по маршруту. Заданные значения v_ref вычисляются и обновляются непрерывно независимо от того, прибавлены ли новые участки или нет, так как заданные значения, которые будут вычисляться, зависят также от того, как специфические характеристики транспортного средства изменяются вдоль маршрута. В соответствии с вариантом осуществления изобретения, процессорный блок приспособлен, при определении входной скорости v_i, для определения также входных скоростей, которые существовали на предшествующих участках в рамках правил для их категорий, таким образом, чтобы могла быть получена указанная входная скорость v_i. Вычисление входного значения v_i также может приводить к изменениям входных значений и вперед и в обратном направлении во внутреннем горизонте. Таким образом, можно достигать желаемых скоростей внутри диапазона скоростей и, в то же время, двигаться в режиме экономии топлива.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанном на фиг. 7 и 8, когда первый крутой подъем или первый крутой спуск сопровождаются крутым подъемом или крутым спуском в пределах определенного расстояния L, процессорный блок не допускает ускорения или замедления транспортного средства в пределах участка L. Как ускорение, так и замедление для достижения желаемой скорости v_ref применяются перед следующим холмом. Таким образом, можно экономить топливо посредством исключения увеличения скорости транспортного средства, которая должна быть затем снижена, или уменьшения скорости, которая должна быть затем увеличена.

Настоящее изобретение также относится к компьютерному программному продукту, содержащему команды компьютерной программы для выполнения компьютерной системой транспортного средства этапов в соответствии со способом, когда команды компьютерной программы выполняются указанной компьютерной системой. Команды компьютерной программы, предпочтительно, хранятся на носителе, который пригоден для считывания компьютерной системой, например, компакт-диске, флэш-памяти, или они могут быть переданы без проводов или по линии в компьютерную систему.

Настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами его осуществления. Могут использоваться различные альтернативы, модификации и эквиваленты. Приведенные выше варианты осуществления изобретения не ограничивают объем изобретения, который определен только прилагаемой формулой изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к области регулирования скорости транспортного средства. Способ регулирования скорости транспортного средства включает определение горизонта при помощи данных позиционирования и данных карты маршрута; вычисление пороговых значений для градиента участков в соответствии с одним или более значений; сравнение градиента каждого участка. Для каждой категории участка, указывающей крутой подъем или крутой спуск, способ включает вычисление конечной скорости транспортного средства после конца участка и, если расчетная конечная скорость находится за пределами диапазона для заданной скорости, выполняют коррекцию входной скорости на основе расчетной конечной скорости и регулируют скорость транспортного средства в соответствии с заданными значениями скорости для каждого участка. Модуль для регулирования скорости содержит блок горизонта и процессорный блок. Процессорный блок вычисляет пороговые значения для градиента участков; сравнивает градиент каждого участка с пороговыми значениями; вычисляет конечную скорость транспортного и корректирует входную скорость для участка. Решение направлено на снижение расхода топлива на холмистой местности. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула