车辆控制系统中的模块的制作方法

专利名称：车辆控制系统中的模块的制作方法
技术领域：
本申请涉及根据独立权利要求的介绍用于确定车辆中的控制系统的设置点值的模块。
背景技术：
现今，许多车辆都配备有巡航控制以使得驾驶员更容易地驾驶车辆。于是可以通过驾驶员来设置期望的速度，例如，通过方向盘控制台中的控制设备，此后车辆中的巡航控制系统根据控制系统进行操作，以使其对车辆进行加速和制动以便保持期望的速度。如果车辆配备有自动换挡系统，则车辆进行换挡以使车辆可以保持期望的速度。当在丘陵地形中使用巡航控制时，巡航控制系统将试图在上坡时保持设置速度。 这尤其会导致车辆在翻越山顶时加速并可能一直到后来的下坡，使得必须进行制动以避免超过设置速度，这是一种高油耗的行车方式。当与传统巡航控制相比时，通过在丘陵地形中改变车辆的速度能够节省燃料。这可以通过各种方式来进行，例如，通过计算车辆的当前状态(如使用ScaniaEeoemise )。 如果对上坡进行计算，则系统加速车辆上坡。在爬升将要结束时，系统被编程为避免加速直到在顶部坡度已经变得水平为止，只要车辆的速度不下降到一定水平之下即可。在上坡的末端降低速度，使得在不使用发动机来加速的情况下能够在后来的下坡时重新获得速度。 当车辆接近斜坡底部时，系统尽量使用动能以在比普通巡航控制更高的速度开始下一个上坡。系统将容易地在下坡的末端提供加速以便保持车辆的动量。在起伏的地形中，这意味着车辆以高于正常的速度开始下次爬坡。避免不必要的加速和使用车辆的动能使得能够节省燃料。如果具有地图数据和GPS的车辆使得知道前面的地形布局，则可以使这种系统更加健壮并且还可以预先改变车辆的速度。存在通过对跨越路线的车辆的速度进行实时优化来将前面的地理布局包含到车辆的速度的计算中的现有系统。由于这种系统在存储器和处理器功率方面通常具有有限的资源，因此这可能造成车辆中的实时系统中的硬件上的非常繁重的计算负荷。即使对跨越已知的路线简档即时地进行普通的计算和仿真，也可能表示繁重的计算负荷。例如，如果用于计算道路坡度的视野(horizon)矢量的精度或分辨率太高，则还会涉及不必要的计算功率。在涉及驾驶员辅助系统的已公开的专利申请US 2008/0188996中提及了一种节省车辆的计算功率的方法，其中多个传感器提供伴随的交通因素并创建逻辑上彼此相关的假设。然而，该系统不涉及车辆的巡航控制。本发明的目标之一是提出一种用于确定车辆中的控制系统的设置点值的改进的系统，该系统尤其的减少当必须调节车辆的控制系统的设置点值时调节所需的计算功率量。另一方面是传统的自动换挡系统仅能够基于当时所已知的来进行关于对于当前
3驾驶情况而言哪个是最佳档位的决策。当前发动机速度和发动机负荷通常是用于选择正确档位的关键变量。在现代车辆中，通过自动换挡控制单元(例如，Scania Opticmise )来控制发动机、变速箱、缓速器(如果车辆配有缓速器的话)以及制动器。自动换挡控制单元充当两个或更多个这些功能之间的电子链接，增强用于控制它们的驾驶员的便利性。例如，在系统改变一个或多个升档或降档之前修改发动机和变速箱的速度。换挡变得更加平缓和迅速，增强了燃料节约并且保护动力传动系统。由于在传统系统中路线是未知的，因此有时会进行不必要的换挡，例如，在上坡的末端，当在山顶之前降档可能变得必须时，尽管驾驶员的直觉选择会是以相同的档位继续行驶。由于在山顶行驶阻力减小，因此较晚的降档之后常常会跟随升档。与如果可以避免降档相比，这种换挡会造成不必要的燃料损失。还有在上坡之前换挡以便在开始爬升之前已经处于正确的档位的好的实践的其他情况，特别是因为如果在当发动机上有较小的负荷时在爬升之前进行换挡，则换挡将较小地干扰舒适度并且在换挡期间将损失较少的速度。正确的档位意味着具有足够的扭矩余量以执行更久的爬升。US 5，832，400描述了一通过GPS和地图数据，特别是通过使用关于地形和车辆的地理位置的信息，来提供并预计坡度和发动机负荷的系统。WO 03/041988涉及机动车辆中的换挡控制。其主要是通过下列方式实现的通过使用借助GPS获得的即时位置信息和由来自电子地图的信息给出的将来的位置，提前较长时间计算出的自动档位选择来设置换挡配置。本发明的另一目标是提出车辆中的自动换挡系统的改进的控制，其主要是产生在丘陵地形中行驶时关于在油耗和动力传动系统磨损的更多优化，并且同时驾驶员是舒服的。

发明内容
通过根据独立权利要求的本发明来实现上述目标。在从属权利要求中描述了优选的实施例。事实上，已知的地形分布可以用于估计未来的发动机负荷。也可以将巡航控制中的估计速度与发动机负荷估计结合使用来估计未来的发动机速度。根据本发明的模块模拟在巡航控制将请求的速度vMf下的前方地形分布的内部行驶阻力模型。其被用于计算跨越未来视野保持速度所需要的必要的扭矩和期望的发动机速度的估计。根据本发明的实施例，控制系统向车辆的自动档位选择系统提供三种不同的控制参数1.指示自动档位选择系统应优选地不升档的标志2.针对降档的期望的速度限制3.如果车辆正在攀爬分类为“陡峭的上坡”的山，即，在没有足够的发动机扭矩以保持速度的情况，则发送下列内容平均坡度和离系统认为车辆将能够保持其速度的地点的距离。
在系统认为车辆将能够保持其速度的地点处期望的发动机速度。本发明的优点之一是车辆具有可以更加可靠地选择正确档位的自动档位选择，从而改善燃料节约和性能。该系统还设法如有能力的主动的驾驶员那样精确地预选正确档位。另一优点是在上坡上，在包括关于用于降档的较低发动机速度的信息并且结合由于较低的发动机速度和其它调节而导致的物理限制对其权衡之后，系统可以允许较晚的换挡，或者完全避免降档。还能够防止可能由速度设置点值中的改变以及由此负荷中的改变而触发的不必要的换挡。在期望驶下山坡的某些下坡上，较早地采用较高的档位可能导致较低的阻力矩。 在陡峭的下坡上，较早地采用较低的档位以便获得更多的发动机制动功率可能是有利的。根据本发明，自动换挡系统被提供有尤其是关于其它速度限制、到山顶的距离以及平均坡度的信息，从而改善燃料节约和运行特性。使用根据本发明的模块使得能够通过将关于路线的信息考虑在内来最小化在车辆的行驶期间所需的燃料量。地图数据(例如，以车辆上的具有海拔信息的数据库的形式) 和定位系统(例如，GPS)提供关于沿着路线的道路地形的信息。在此之后，控制系统，尤其是自动换挡控制单元，被提供有设置点值和控制参数，并根据它们来调节车辆。


图1描绘了根据本发明的实施例的车辆中的调节模块的功能性上下文。图2描绘了根据本发明的实施例的模块适合执行的步骤的流程图。图3示出了与车辆的路线长度有关的控制系统的视野的长度。图4示出了由于新的分段被添加到视野中而被连续更新的各种预测的速度和分段的类别。
具体实施例方式下面参考附图对本发明进行详细地描述。关于车辆路线的信息可以用于预先调节该车辆中的巡航控制的设置点速度Vref， 以便节省燃料、增强安全性以及提高舒适度。还可以对其它控制系统的其它设置点值进行调节。地形极大地影响尤其是重型车辆的传动系统的控制，由于上坡比下坡需要更多的扭矩，以使得能够在不换挡的情况下攀爬某些山地。车辆被提供有定位系统和地图信息，并且来自定位系统的位置数据和来自地图信息的地形数据被用于构造说明路线的特性的视野。在本发明的描述中，GPS(全球定位系统)用于确定车辆的位置数据，但应意识到，还可以设想其它种类的全球或区域定位系统来向车辆提供位置数据，例如，使用无线电接收机来确定车辆位置的系统。车辆还可以使用传感器来扫描周围的环境并从而确定其位置。图1示出了一个单元如何包含关于路线的地图和GPS信息。在下面将路线举例作为车辆的单个线路，但应意识到，可以通过地图和GPS或其它定位系统将各种可能想到的路线包含作为信息。驾驶员还可以登记预期的行程的起点和终点，在这种情况下，所述单元使用地图数据等来计算适当的线路。可以将该路线或多个路线(如果有两个或更多个可能的选择)通过CAN(控制器区域网络)(专用于车辆的串行总线系统)逐片段(bit)地发送到用于调节设置点值的模块，该模块可以与系统分离或构成系统的一部分，该系统将使用该设置点值来进行调节。可替代地，具有地图和定位系统的单元还可以是使用设置点值进行调节的系统的一部分。在调节模块中，将片段一起置于视野单元中以构成视野，并由处理器单元进行处理以创建控制系统可以调节的内部视野。如果有两个或更多个替代路线，则针对各种选择创建多个内部视野。控制系统可以是车辆中的各种控制系统中的任意一个， 例如，巡航控制、变速箱控制系统或某些其它控制系统。由于控制系统通过不同的参数来进行调节，因此通常将视野放在一起以用于每个控制系统。然后，通过来自具有GPS和地图数据的单元的新的片段对视野连续地进行补充，以保持期望的视野长度。因此，当车辆在运动中时连续地对视野进行更新。因此CAN是专门开发用于在车辆中使用的串行总线系统。CAN数据总线使得能够在传感器、调节组件、致动器、控制设备等之间进行数字数据交换，并确保两个或更多个控制设备能够访问来自给定传感器的信号，以便使用它们来控制与其连接的控制组件。本发明涉及用于确定车辆的控制系统的设置点值的模块，尤其用于确定用于车辆的自动换挡控制系统的具有控制参数的控制信号的模块，在图1中示意性地示出了该模块。在所有的项中，控制参数定义如何使得自动换挡系统在即将到来的山前选择正确的档位，特别是防止在靠近山底时不必要的换挡。如图1中示意性示出的，本发明因此涉及用于确定用于车辆的控制系统的速度设置点值的模块，包括输入单元，其适用于例如，由车辆的驾驶员输入参考速度Vsrt，该参考速度Vsrt是车辆的驾驶员所期望的速度。所述模块包括视野单元，其适用于通过接收的由线路分段构成的路线的位置数据和地图数据来确定视野，其中线路分段具有针对每个分段的至少一个特性；处理器单元，其适用于根据与视野内的分段被置于的类别相关的规则来计算跨越视野的^f，使得Vref在由Vmin和Vmax所界定的范围内，其中Vmin ( Vset ( Vfflax ；处理器单元还适用于基于一个或多个车辆特定值以及计算出的跨越未来视野的速度设置点值Vref来确定用于车辆的自动换挡控制单元的具有控制参数的控制信号。由当前传动比、当前车辆重量、发动机的最大扭矩曲线、当前速度下的机械摩擦和 /或车辆的行驶阻力来确定车辆特定值。根据实施例，处理器单元适用于基于车辆特定值来计算跨越未来视野的发动机负荷和发动机速度，以在此后将发动机负荷和/或发动机速度的所计算的值用于确定所述一个或多个控制参数。当已基于所述车辆特定值计算出跨越视野的发动机负荷时，还可以估计发动机速度，并且处理器单元此后可以通过控制参数向自动换挡控制单元提供自动换挡系统贯穿视野的优化控制所需要的输入数据。根据实施例，控制参数优选地包括下列各项中的一个或多个针对换挡的发动机的速度限制，
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到山顶的距离，山的平均坡度。为了使得处理器单元能够完成这些，向其提供存储器单元，在其中存储发动机负荷、发动机速度和针对升档和降档的车辆特定速度限制之间的特定关系。可以将这些关系以一个或多个表的形式或以矩阵的形式存储。一种替代是从另一单元获得该信息。当车辆接近或位于陡峭的上坡时，发送从陡峭的上坡到某些其它分段类别的过渡处(即，车辆从扭矩不足改为扭矩多余的点)的距离。还发送由内部车辆模型模拟的期望的速度、或对应于在上述地点处的当前档位的发动机速度。当发生临时加速到驾驶员所采用的设置速度之上时，例如，在陡峭的上坡之前加速，发送防止升档的标志。将提供给自动换挡系统的平均坡度计算为陡峭的上坡类型的所有构成分段的坡度的平均值。根据实施例，提供给自动换挡控制单元的控制信号包括下面的控制参数中的一个或多个降档的最低发动机速度限制；指示是否应当进行升档的标志；当前分段的坡度，以及如果车辆位于被分类为“陡峭的上坡”的分段上时，到被分类为“平缓的上坡”的分段的剩余距离；如果车辆位于被分类为“陡峭的上坡”的分段上，在到“平缓的上坡”的过渡处的
期望速度。此后，自动换挡控制单元主要根据控制参数来调节自动换挡系统。因而，可以允许车辆中的控制系统的设置点值vMf在两个上述速度Vmil^P Vmax之间变化。当调节模块针对车辆速度预测内部视野时，则车辆速度可以在该范围内变化。结果是可以在车辆中使用以用计算上有效的方式来调节设置点值的模块，并且该模块可以是旨在为其调节设置点值的控制系统的一部分，或者是与控制系统分离的独立模块。范围Vmin和Vmax优选地由驾驶员通过所述输入单元来手动设置。例如，可以通过方向盘中或仪表盘上的一个或多个按钮来设置范围的限制。图2是示意性地示出模块适合执行的方法步骤的流程图。在该上下文中，还涉及在相同时间提交的相关专利申请。第一个步骤A)基于由线路分段构成的路线的位置数据和地图数据来确定视野， 其中所述线路分段具有针对每个分段的至少一个特性。当车辆在移动时，视野模块将片段放置在一起以形成路线的视野，视野的长度通常是大约1到2km。视野单元持续跟踪车辆在什么地方并连续地添加到视野中，以使得视野的长度保持恒定。当行程的终点在视野长度之内时，则优选地不再对视野进行添加，这是由于超过终点的行驶是不相关的。视野由线路分段构成，线路分段具有一个或多个与其相关的特性。在此，以矩阵的形式对视野进行举例说明，其中，每列包含分段的特性。覆盖路线前方80m的矩阵可以采用下列形式~dx,% “ 20,0.220,0.1 20,-0.1 20,-0.3其中，第一列是以米为单位的每个分段的长度(dx)，而第二列是每个分段以％表示的坡度。采用该矩阵来表示从车辆的当前位置到前方20米的坡度为0. 2%，在此之后的 20米的坡度为0. 等。分段和坡度的值不需要以相对值来表示，而是替代的可以用绝对值来表示。矩阵有利地是矢量形式，但是替代的可以是数据分组等形式的指针结构。存在各种其它可能想到的特性，例如，曲率半径、交通标志、各种障碍物等。在步骤A)之后，在步骤B)中将视野中的分段放置在各种类别中，其中，在各种类别中，根据一个或多个车辆特定值来针对分段的至少一个特性计算阈值，该阈值充当用于将分段分配到各种类别的边界。在分段的特性为坡度的示例中，针对其坡度来计算阈值。根据本发明的实施例，通过一个或多个车辆特定值(例如，当前传动比、当前车辆重量、发动机的最大扭矩曲线、当前速度下的机械摩擦和/或车辆的行驶阻力)来计算针对所关心的特性的阈值。控制系统内部的车辆模型用于估计当前速度下的行驶阻力。在车辆的控制系统中，传动比和最大扭矩是已知大小的，而车辆重量是即时估计的。下面是当分段的坡度用于进行关于车辆控制的决策时可以将分段放置在其中的5 中不同类别的示例平坦道路具有0士公差的坡度的分段。陡峭的上坡具有对以当前的档位保持速度的车辆来说过于陡峭的坡度的分段。平缓的上坡具有公差和急剧的上坡的阈值之间的坡度的分段。陡峭的下坡具有使得由坡度来加速车辆的陡峭的下坡坡度的分段。平缓的下坡具有负公差和急剧的下坡的阈值之间的下降的坡度的分段。根据本发明的实施例，分段的特性为其长度和坡度，并且将分段置于上面描述的类别中涉及以两个坡度阈值Imin和Imax的形式计算阈值，其中Imin是车辆由下坡坡度加速的最小坡度，而Imax是车辆在不换挡上坡的情况下能够保持速度的最大坡度。因此，可以根据前方道路的坡度和长度来调节车辆，以使得能够依靠巡航控制在起伏的地形上以节约燃料的方式驱动车辆。在另一实施例中，分段的特性为其长度和横向加速度，并且以横向加速度阈值的形式来计算阈值，其中通过分段造成多少横向加速度来对分段进行分类。此后，可以调节车辆的速度以使能够以适合于与道路曲度相关的节约燃料和交通安全的方式来驱动车辆，即在不使用制动器的情况下尽可能地在弯道之前进行任何减速。在该方法的下一步骤C)中，将每个分段的特性(在该情况中为坡度)与计算出的阈值相比较，并根据比较的结果将每个分段置于一个类别中。可能有替代的或另外的例如通过道路的曲率半径的类似分类，其中，可以通过弯道造成多少横向加速度来对弯道进行分类。在视野中的每个分段被置于类别中之后，可以基于分段的分类和视野来构建控制系统的内部视野，包括针对每个分段的控制系统必须遵守的引导速度Vi。对两个初始速度 Vi之间所请求的速度改变进行渐变(ramp)，以便为控制系统提供影响车辆速度的逐步增加或减小的设置点值vref。对速度改变进行渐变导致需要进行逐步速度改变的计算以便实现速度改变。换句话说，渐变导致线性的速度增加。在根据本发明的方法的步骤D)中，根据关于视野内的分段被置于的类别的规则，计算跨越视野的引导速度Vi (即，车辆的控制系统的设置点值)。连续地逐步通过视野内的所有分段，并且由于新的分段被添加到视野中，因此在它们中在需要时在车辆的参考速度Vsrt的范围中调节初始速度Vi。Vsrt是由驾驶员设置的参考速度，并且期望当车辆在移动中时由车辆的控制系统将其保持在范围内。如之前所描述的，该范围由两个速度Vmin和Vmax界定，Vmin和Vmax可以由驾驶员手动设置，或者通过优选地在调节模块中计算的适当的范围的计算来自动设置。此后，在步骤E)中根据设置点值来调节车辆，这在所描述的示例中意味着车辆中的巡航控制根据设置点值来调节车辆的速度。在处理器单元中优选地确定当前传动比、当前车辆重量、发动机的最大扭矩曲线、 当前速度下的机械摩擦和/或车辆的行驶阻力的车辆特定值。因此，可以基于此刻的车辆状态来确定阈值。可以从CAN获取或者由适当的传感器检测确定这些值所需的信号。根据实施例，分段的特性为其长度和坡度，并且处理器单元适用于以坡度阈值Imin 和的形式计算阈值。因而，可以根据路线的起伏来调节车辆的速度，以便以节省燃料的方式行驶。根据另一实施例，分段的特性为其长度和横向加速度，并且处理器单元适用于以横向加速度阈值的形式计算阈值。这意味着可以根据前方道路的曲率来调节车辆的速度， 并且可以对车辆的速度进行预调节，以使不必要的制动操作和速度增加最小化以便节省燃料。视野单元优选地适用于只要视野没有超出车辆的计划路线就连续地确定视野，并且处理器单元适用于针对内部视野的整个长度连续地执行用于计算和更新控制系统的设置点值的步骤。在实施例中，当车辆沿着路线行驶时，从而渐进地逐个构建视野。由于要计算的设置点值还取决于车辆的车辆特定值如何沿着路线而改变，因此不考虑是否添加了新的分段而连续地计算和更新控制系统的设置点值。因此，针对分段类别的各种规则对如何调整每个分段的初始速度Vi进行调节。如果分段在“平坦道路”类别中，则在该分段的初始速度中不发生改变。驾驶车辆以满足舒适要求涉及使用如下的Torricelli方程来计算需要施加到车辆的恒定加速度或减速度
Vslut = V-+2'a's⑴其中，Vi是分段的初始速度，Vslut是在分段末端的车辆速度，a是恒定加速度/减速度，而s是分段长度。如果分段位于“陡峭的上坡”或“陡峭的下坡”类别中，则通过解下面的方程(2)来预测该分段的最终速度Vslut
vslut2=(a.vf+b).(e^^-b)/a(2)其中，a = -Cd · P · A/2(3)b = Ftrack-Froll-Fa(4)
权利要求
1.一种用于确定车辆的控制系统的速度设定点值Vref的模块，包括输入单元，所述输入单元适用于例如，由所述车辆的驾驶员输入参考速度Vsrt，，所述输入参考速度Vsrt是所述车辆的所述驾驶员所期望的速度，其特征在于所述模块包括视野单元，其适用于通过接收的由线路分段构成的路线的位置数据和地图数据来确定视野，其中所述线路分段具有针对每个分段的至少一个特性；处理器单元，其适用于根据与所述视野内的分段被置于的类别相关的规则来计算跨越所述视野的^，以使得Vref在由Vmin和Vmax所界定的范围内，其中Vmin彡Vset彡Vfflax ；所述处理器单元还适用于基于一个或多个车辆特定值以及计算的跨越未来视野的速度设置点值Vm来确定用于所述车辆的自动换挡控制单元的具有控制参数的控制信号。
2.根据权利要求1所述的模块，其中，所述处理器单元适用于基于一个或多个车辆特定值计算跨越所述未来视野的发动机负荷和发动机速度，以将发动机负荷和/或发动机速度的所计算的值用于确定所述一个或多个控制参数。
3.根据权利要求1所述的模块，其中，所述控制参数包括下列各项中的一个或多个针对换挡的发动机的速度限制，到山顶的距离，山的平均坡度。
4.根据权利要求1所述的模块，其中，所述控制参数包括下列各项中的一个或多个针对降档的最低发动机速度限制；指示不应当进行升档的标志；当前分段的坡度，以及如果所述车辆位于分类为“陡峭的上坡”的分段上，到分类为“平缓的上坡”的分段的剩余距离；如果所述车辆位于分类为“陡峭的上坡”的分段上，则到“平缓的上坡”的过渡处的期望速度。
5.根据权利要求1所述的模块，其中，所述处理器单元适用于根据所述一个或多个车辆特定值来计算针对分段的所述至少一个特性的阈值，所述阈值充当用于将分段分配到不同类别的边界；将每个分段的至少一个特性与所计算的阈值进行比较，并根据所述比较的结果将每个分段置于类别中。
6.根据上述权利要求中任何一项所述的模块，其中，通过当前传动比、当前车辆重量、 发动机的最大扭矩曲线、当前速度下的机械摩擦和/或所述车辆的行驶阻力来确定所述车辆特定值。
7.根据权利要求1所述的模块，其中，分段的所述特性为其长度和坡度，并且所述处理器单元适用于以坡度阈值Imin和Imax的形式计算所述阈值。
8.根据权利要求1所述的模块，其中，分段的所述特性为其长度和坡度，并且所述处理器单元适用于以横向加速度阈值的形式计算所述阈值。
9.根据上述权利要求中任何一项所述的模块，其中，通过使用GPS确定位置数据。
10.根据上述权利要求中任何一项所述的模块，其中，所述视野单元适用于只要所述视野没有超出所述车辆的计划路线就连续地确定所述视野，并且其中，所述处理器单元适用于针对所述视野的整个长度连续地执行用于计算和更新所述控制系统的所述设置点值的步骤。
全文摘要
一种用于确定用于车辆的控制系统的速度设置点值vref的模块，包括输入单元，其适用于例如，由车辆的驾驶员输入参考速度vset，所述参考速度vset是车辆的驾驶员所期望的速度。所述模块包括视野单元，其适用于通过接收的由线路分段构成的路线的位置数据和地图数据来确定视野，其中线路分段具有针对每个分段的至少一个特性；处理器单元，其适用于根据与视野内的分段被置于的类别相关的规则来计算跨越视野的vref，使得vref在由vmin和vmax所界定的范围内，其中vmin≤vset≤vmax。所述处理器单元还适用于基于一个或多个车辆特定值以及计算出的速度设置点值vref来确定用于车辆的自动换挡控制单元的具有控制参数的控制信号。
文档编号B60W10/10GK102458953SQ201080025569
公开日2012年5月16日 申请日期2010年5月31日 优先权日2009年6月10日
发明者F·斯瓦特林, H·彼得松, J·汉松, O·约翰松 申请人:斯堪尼亚商用车有限公司