本公开总体上涉及一种车辆的动力传动系统控制，并且更具体地涉及用于上坡速度辅助的系统和方法。
背景技术：
车辆巡航控制系统已经随时间演变成包括自适应功能，例如当管理可变交通流时利用在特定车辆前方的另一车辆的距离和速度更有效。然而，当道路几何结构(geometry)改变时，车辆巡航控制系统不能很好地执行。当车辆上坡时，车辆明显减速，因为它与重力相对抗以维持速度。车辆巡航控制系统增加节气门以补偿和维持设定速度。由于车辆巡航控制系统对道路几何结构变化作出反应，因此变速器必须换挡并且大大增加发动机每分钟转数(rpm)以使车辆返回到设定速度。当车辆牵引挂车时，这种现象特别明显。通常，在车辆巡航控制系统作出反应之前，车辆将以五英里每小时(mph)或更大的速度减速。因此，大大增加节气门使应变施加在车辆的动力传动系统上。
技术实现要素：
所附的权利要求限定本申请。本公开概述了实施例的多个方面，并且不应该被用于限制权利要求。根据本文所描述的技术，其他实施方式是可预期的，如基于对以下附图和具体实施方式的考查对本领域普通技术人员将显而易见的那样，并且这些实施方式旨在包含在本申请的范围之内。
示例性实施例提供了辅助车辆上坡的系统和方法。根据一个实施例，一种车辆包括挂车连接部件，该挂车连接部件被配置为确定挂车是否被连接到车辆。该示例车辆还包括道路几何结构部件，该道路几何结构部件被配置为确定车辆正在行驶的道路的坡度。该示例车辆还包括车辆载重量部件(vehiclepayloadcomponent)，该车辆载重量部件被配置为确定车辆的总车辆重量。该示例车辆还包括节气门调节器，该节气门调节器被配置为基于总车辆重量来调节节气门以维持设定速度。
根据另一个实施例，一种示例方法包括确定挂车的连接状态。该示例方法还包括确定车辆前方的道路的斜坡。该示例方法还包括基于(i)车辆动力学数据和(ii)挂车的连接状态来计算车辆的有效重量；并且该示例方法还包括基于车辆的有效重量和斜坡的坡度来调节节气门以当车辆穿行斜坡时维持设定速度。
附图说明
为了更好地理解本发明，可以参照以下附图中所示的实施例。附图中的部件不一定按比例绘制并且相关元件可以被省略，或在某些情况下比例可以被夸大，以便强调和清楚地说明在此所描述的新颖性特征。此外，系统部件可以不同地布置，如本领域中已知的那样。进一步地，在附图中，贯穿几个视图，相同的附图标记指代相应的部分。
图1a和1b说明了根据本公开的教导具有上坡调节器的车辆；
图2是说明图1a和1b的车辆的电子部件的框图；
图3是图1的上坡调节器的框图；
图4是可以由图2的电子部件来实施的辅助上坡的示例方法的流程图。
具体实施方式
虽然本发明可以体现为各种形式，但是在附图中示出并且将在下文中描述一些示例性和非限制性实施例，要理解的是，本公开应被认为是本发明的例证，而不是旨在将本发明限制为所说明的具体实施例。
图1a和1b说明了根据本公开的教导具有上坡调节器102的车辆100。上坡调节器102预测维持车辆的当前速度所需的扭矩变化。车辆100是任何类型的道路车辆(例如，轿车、卡车、摩托车、轻便摩托车(mopeds)等)。车辆100可以是标准汽油动力车辆、混合动力车辆、电动车辆、燃料电池车辆或任何其他类型的合适的车辆。车辆100包括动力传动系统，该动力传动系统具有发动机104、变速器(未示出)、悬架(未示出)、驱动轴106和车轮108。该动力传动系统经由发动机104产生动力并且当动力被传递到车轮108时管理动力。车辆100还包括标准部件(未示出)，例如仪表板、可调节座椅、一个或多个电池、包括压缩机和电子膨胀阀的暖通空调(hvac)系统、挡风玻璃、车门、车窗、座椅安全带、安全气囊和轮胎。
在一些示例中，车辆100包括牵引挂接装置(hitch)110，该牵引挂接装置110允许挂车112物理地连接到车辆100。牵引挂接装置110包括牵引挂接装置连接器114，该牵引挂接装置连接器114便于挂车112被通信地连接到车辆100的控制器局域网(can)总线(下面描述)。当挂车112经由牵引挂接装置连接器114连接到can总线时，车辆100可以控制挂车112的系统，例如灯、制动器和稳定性控制器等。在图1a和1b所示的示例中，挂车112被连接到车辆100。上坡调节器102还预测当挂车112没有被连接到车辆100时维持车辆的当前速度所需的扭矩变化。
在所示的示例中，车辆100在具有斜坡(slope)118(有时称为坡度(gradient)或俯仰(pitch))的道路116上行驶。斜坡118以相对于地平线的倾斜角度或坡度来测量，坡度是一百乘以相对于地平线的倾斜角度的正切。斜坡可以是向上的(倾斜角度和坡度为正)或者斜坡可以是向下的(倾斜角度和坡度为负)。在图1a所示的示例中，道路116是平坦的(即，斜坡118的坡度为零)。在图1b所示的示例中，道路116的斜坡118不是平坦的。例如，道路116的斜坡118的坡度可以为四十。斜坡118的坡度可以改变，以便扭矩维持当前速度变化。
车辆100包括线控节气门(throttle-by-wire)和/或巡航控制器。巡航控制器便于驾驶员设定所需速度并且维持设定速度。巡航控制器接收来自传感器(例如速度计、轮速传感器等)的速度数据。巡航控制器利用速度数据来计算发送到节气门控制器120以便维持设定速度的电信号。如下面更详细地公开的，在示例实施例中，上坡调节器102预测当穿行车辆100前方的道路116的斜坡118时维持当前速度所需的扭矩变化。在一些示例中，上坡调节器102还预测当车辆100前方的道路116的斜坡118从负坡度变化到相对平坦的坡度时维持当前速度所需的扭矩的变化。上坡调节器102指示节气门控制器120在车辆100到达斜坡118的变化之前调节由发动机104供应的扭矩。以这样的方式，当车辆100到达斜坡118的变化时，巡航控制器维持设定速度。在一些示例实施例中，上坡调节器102是巡航控制器的一部分。可选择地，在一些实施例中，上坡调节器102与巡航控制器是分开的。
此外，线控节气门利用一个或多个传感器结合加速器踏板122来将施加到加速器踏板122的机械力转换为电信号。机械力通过加速器踏板122被推动多远来测量。节气门控制器120利用电信号来控制节气门。节气门调节进入发动机104的空气的量，进入发动机104的空气的量控制由发动机104产生的动力。节气门控制器120可以动态地改变机械力与节气门比(mechanical-force-to-throttleratio)，以例如控制当驾驶员按压加速器踏板122时加速器踏板122感觉如何响应。例如，较高的机械力与节气门比感觉更迟缓，并且较低的机械力与节气门比感觉更灵敏。如下面更详细地公开的，在示例实施例中，上坡调节器102预测当道路的坡度即将改变时维持当前速度所需的扭矩变化，并且当不需要驾驶员调节加速器踏板122的位置时指示节气门控制器120调节机械力与节气门比以辅助驾驶员。
图2是说明图1的车辆100的电子部件200的框图。电子部件200包括示例车载通信平台202、示例信息娱乐音响主机(infotainmentheadunit)204、车载计算平台206、示例传感器208、示例电子控制单元(ecu)210、车辆数据总线212以及控制器局域网(can)总线214。
车载通信平台202包括有线或无线网络接口以允许与外部网络通信。车载通信平台202还包括控制有线或无线网络接口的硬件(例如，处理器、存储器(memory)、存储装置(storage)、天线等)和软件。在所示的示例中，车载通信平台202包括蓝牙控制器(bt)216、gps接收器218和专用短程通信(dsrc)控制器220。车载通信平台202还可以包括用于其他基于标准的网络(例如，全球移动通信系统(gsm)、通用移动通信系统(umts)、长期演进(lte)、码分多址(cdma)、全球微波接入互操作性(wimax)(ieee802.16m)；近场通信(nfc)；区域无线网络(包括ieee802.11a/b/g/n/ac或其他)和无线千兆比特(wirelessgigabit)(ieee802.11ad)等)的控制器。此外，外部网络可以是公共网络(例如因特网)；专用网络(例如内联网)；或它们的组合，并且可以利用现在可用或稍后开发的各种网络协议，包括但不限于，传输控制协议/互联网协议(tcp/ip)的网络协议。车载通信平台202还可以包括有线或无线接口以允许与电子设备(例如智能电话、平板电脑、笔记本电脑等)直接通信。
信息娱乐音响主机204提供车辆100与用户(例如，驾驶员、乘客等)之间的界面。信息娱乐音响主机204包括接收来自用户的输入并且显示信息的数字和/或模拟控制器(例如，输入设备和输出设备)。输入设备可以包括例如控制旋钮、仪表板、用于图像捕获和/或视觉命令识别的数字摄像机、触摸屏、音频输入设备(例如，车舱麦克风)、按钮或触摸板。输出设备可以包括组合仪表输出(例如，标度盘、照明设备)、致动器、显示器(例如，液晶显示器(“lcd”)、有机发光二极管(“oled”)显示器、平板显示器、固态显示器、或抬头显示器)和扬声器。
车载计算平台206包括处理器或控制器(mcu)224、存储器226和存储装置228。处理器或控制器224可以是任何合适的处理设备或处理设备组，例如但不限于：微处理器、基于微控制器的平台、合适的集成电路或一个或多个专用集成电路(asic)。存储器226可以是易失性存储器(例如，随机存取存储器(ram)，其可以包括易失性ram、磁性ram、铁电ram和任何其它合适的形式)；非易失性存储器(例如，盘存储器、闪速(flash)存储器、电可编程序只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、基于忆阻器的非易失性固态存储器等)；不可改变的存储器(例如，eprom)；以及只读存储器。在一些示例中，存储器226包括多种类型的存储器，特别是易失性存储器加上非易失性存储器。存储装置228可以包括硬盘驱动器；固态硬盘驱动器；或诸如数字化视频光盘(dvd)的物理盘。
存储器226和存储装置228是可以嵌入一组或多组指令的计算机可读介质，例如用于操作本公开的方法的软件。指令可以体现本文所描述的方法或逻辑中的一个或多个。在特定实施例中，指令可以完全或至少部分驻留在存储器226、计算机可读介质中的任何一个或多个内，和/或在指令执行期间驻留在处理器224内。
术语“计算机可读介质”应当被理解为包括单个介质或多个介质，例如集中式或分布式数据库，和/或存储一组或多组指令的相关联的高速缓存和服务器。术语“计算机可读介质”还包括能够存储、编码或承载用于由处理器执行的一组指令或使系统执行本文所公开的方法或操作中的任何一个或多个的任何有形介质。如本文所使用的，术语“计算机可读介质”被清楚地限定为包括任何类型的计算机可读存储设备和/或存储盘并且排除传播信号。
传感器208可以以任何合适的方式布置在车辆100中和其周围。传感器208可以包括被配置为测量车辆100外部周围的属性的摄像机、声纳(sonar)、激光雷达(lidar)、雷达、光学传感器、或红外装置。此外，一些传感器208可以被安装在车辆100的乘客舱内、车辆100的发动机舱中、和车辆100的动力传动系统上或其周围以测量车辆100的内部的属性。例如，这样的传感器208可以包括加速度计、车轮转速计、横摆率传感器、摄像机、麦克风和热敏电阻等。
ecu210监测和控制车辆100的低级系统。例如，ecu210可以控制和/或监测照明系统、发动机、动力锁、动力窗、动力传动系统、hvac系统和电池管理等。在所示的示例中，ecu包括电子地平线单元(electronichorizonunit)、节气门控制器120和巡航控制器。ecu将属性传达到车载计算平台206和/或接收来自车载计算平台206的命令。
车辆数据总线212通信地连接车载通信平台202、信息娱乐音响主机204和车载计算平台206。车辆数据总线212可以是以太网。can总线214通信地连接传感器208、ecu210、车载计算平台206和连接到can总线214的其他设备。can总线协议由国际标准化组织(iso)11898-1定义。在一些示例中，车载计算平台206通信地隔离车辆数据总线212与can总线214(例如，经由防火墙、消息代理(messagebroker)等)。可选择地，在一些示例中，车辆数据总线212和can总线214可以是相同的数据总线。
图3是图1的上坡调节器102的框图。上坡调节器102被配置为(i)预测当道路的坡度即将改变时维持车辆的速度所需的扭矩变化，以及(ii)调节节气门和/或动力传动系统控制器以在道路的坡度变化之前供应扭矩。上坡调节器102包括：(a)挂车连接检测器300，该挂车连接检测器300被配置为检测挂车112何时经由牵引挂接装置110连接到车辆100；(b)道路几何结构部件302，该道路几何结构部件302被配置为确定车辆100正在行驶的道路116的即将到来的部分的斜坡118；(c)车辆载重量部件(vehiclepayloadcomponent)304，该车辆载重量部件304被配置为确定车辆100的有效总车辆重量(gvw)(或总车辆质量(gvm))；以及(d)节气门调节器306，该节气门调节器306被配置为基于有效gvw/gvm来调节车辆100的节气门以维持车辆100的速度。
上坡调节器102的挂车连接检测器300检测挂车112何时连接到车辆100的牵引挂接装置110。当挂车112被连接时，牵引挂接装置连接器114在can总线214上发送消息。挂车连接检测器300检测can总线214上的消息。在一些示例中，挂车112还在can总线214上传送关于挂车112的信息(例如挂车112的gvw/gvm)。
上坡调节器102的道路几何结构部件302接收来自电子地平线单元的表示车辆100正在行驶的道路的特性的地图数据。地图数据包括直到车辆100的当前位置前方一定距离(例如一公里或0.62英里)的道路116的信息。例如，地图数据可以包括转向角、道路坡度、道路特征(例如，隧道、桥梁等)和位置(例如，来自全球定位系统(gps)的坐标和速度限制等)等。在某些示例实施例中，道路几何结构部件302接收来自电子地平线单元的地图数据，该电子地平线单元与由先进驾驶员辅助系统接口说明(adasis)论坛维护的先进驾驶员辅助系统(adas)协议兼容。关于adas协议的更多信息请参见“用于先进车载应用程序的adas协议”(可从http://durekovic.com/publications/documents/adasisv2％20its％20ny％20paper％20final.pdf获得)，其通过引用以其全部内容并入本文。道路几何结构部件302利用地图数据来确定斜坡数据，该斜坡数据包括：(a)车辆100前方的道路坡度是否存在变化；(b)道路坡度变化的斜率；和(c)如果在地图数据的范围内，则指示斜坡的峰值。例如，道路几何结构部件302可以确定在车辆100前方250米(0.16英里)处存在坡度为20％(角度为11.31度)的斜坡，该斜坡的峰值在500米(0.31英里)之后。
上坡调节器102的车辆载重量部件304接收来自车辆100的传感器208和/或ecu210的车辆动力学数据。车辆动力学数据包括车辆100的基础gvw/gvm(在工厂中所内置的gvw/gvm)、车辆100的速度、燃料水平数据、施加到车轮108的扭矩以及车辆100的俯仰和横摆等。车辆载重量部件304还接收来自挂车连接检测器300的指示挂车112是否被附接的挂车连接数据。车辆载重量部件304基于车辆动力学数据、挂车连接数据和车辆模型来计算车辆100的有效gvw/gvm。有效gvw/gvm是车辆100的gvw/gvm加上影响为维持当前速度而施加到车辆100的车轮108的扭矩的其它因素(例如空气动力学阻力、惯性、轮胎的滚动阻力等)。在一些示例中，即使当挂车112没有被连接时，车辆100中的乘客和/或货物可以足够重以影响车辆动力学数据，并且因此影响车辆的有效gvw/gvm的计算。例如，具有三十个煤渣砌块(cinderblock)作为货物的车辆100将需要比仅具有驾驶员的同一车辆100更多的扭矩。在一些示例中，当挂车连接检测器300指示挂车112被连接时，车辆载重量部件304当计算有效gvw/gvm时包括挂车112的gvw/gvm。车辆模型将车辆动力学数据和车辆100的gvw/gvm的关系提供至有效gvw/gvm。例如，模型可以是基于计算出的移动具有基础gvw/gvm和满燃料箱的车辆100的预期扭矩。在这样的示例中，预期扭矩与移动车辆100的实际扭矩——如通过车辆动力学数据测量的——之间的偏差被用于计算有效gvw/gvm。
上坡调节器102的节气门调节器306发送指令至(i)节气门控制器120以调节节气门和/或(ii)动力传动系统控制器124以调节施加到车轮108的扭矩。节气门调节器306接收来自道路几何结构部件302的斜坡数据和来自车辆载重量部件304的有效gvw/gvm。节气门调节器306将(a)有效gvw/gvm和(b)斜坡数据提供给扭矩需求模型(有时被称为“发动机扭矩地图”)。扭矩需求模型将由发动机104传送的扭矩与发动机104的速度和节气门的位置相关联。扭矩需求模型确定当穿行斜坡118时为维持车辆100的当前速度而施加到车轮的扭矩。扭矩需求模型将有效gvw/gvm和速度更改用于扭矩需求曲线以确定维持和/或加速到该速度所需的扭矩。斜坡数据使扭矩需求曲线改变以影响维持和/或加速到该速度所需的扭矩。例如，如果车辆100在平坦道路(例如图1a中的道路116)上以63公里每小时(kph)(40英里每小时(mph))的速度行驶，则扭矩需求模型产生第一扭矩需求值。在该示例中，如果车辆100在坡度为40的道路(例如图1b的道路116)上以63kph的速度行驶，则扭矩需求模型产生高于第一扭矩需求值的第二扭矩需求值。有效gvw/gvm还影响扭矩需求曲线。
节气门调节器306开始指示节气门控制器120调节由发动机104产生的扭矩和/或指示动力传动系统控制器124在车辆100到达斜坡118之前调节车轮108上的扭矩，使得当车辆100到达斜坡118时，车辆100(a)具有足以攀登斜坡118而不减速的扭矩，或者(b)具有当道路116从斜坡118改变为相对平坦时足以维持当前速度的扭矩。例如，节气门调节器306可以在车辆到达由道路几何结构部件302检测到的斜坡118之前150米(0.09英里)处开始逐渐增加节气门和/或动力传动系统。
图4是可以由图2的电子部件200实施的辅助上坡的示例方法的流程图。首先，挂车连接检测器300确定挂车112是否被连接到车辆100(框402)。例如，挂车连接检测器300可以在can总线214上检测从挂车112发送的信号。车辆载重量部件304确定车辆100的有效gvw/gvm(框404)。例如，车辆载重量部件304可以基于挂车112是否被连接、车辆100的gvw/gvm以及从传感器208接收到的车辆动力学数据利用车辆模型来确定车辆100的有效gvw/gvm。
道路几何结构部件302确定车辆100前方的道路116的斜坡118(框406)。道路几何结构部件302接收车辆100前方一定距离(例如250米(0.16英里)、500米(0.31英里)等)的地图数据，以确定道路116的斜坡118。例如，道路几何结构部件302可以确定道路116的斜坡118对于车辆前方的接下来的250米坡度为五，并且在250米之后坡度为二十。道路几何结构部件302确定检测到的斜坡118的变化是否为正(框408)。例如，如果道路116的坡度从坡度为五变化为坡度为二十，则道路几何结构部件302确定斜坡118的变化为正。作为另一个示例，如果道路116的坡度从坡度为二十变化为坡度为五，则道路几何结构部件302确定斜坡118的变化为负。如果斜坡118的变化为负，则道路几何结构部件302继续确定车辆100前方的道路116的斜坡118(框406)。
如果斜坡118的变化为正，则节气门调节器306计算维持当前速度所需的加速度(框410)。节气门调节器306基于扭矩需求模型来计算维持当前速度所需的加速度。扭矩需求模型基于来自车辆载重量部件304的车辆100的有效gvw/gvm和由道路几何部件302确定的斜坡118来计算当车辆100攀登斜坡118时维持当前速度所需的扭矩。在一些示例实施例中，节气门调节器306基于以下参数来确定何时开始加速：(i)斜坡118的坡度的变化和/或(ii)当车辆100正在攀登斜坡118时发动机104的rpm的可接受的增加。例如，为了攀登第一斜坡118，节气门调节器306可以从130米处逐渐增加由发动机104提供的动力。作为另一个示例，为了攀登具有比第一斜坡更大的坡度的第二斜坡118，节气门调节器306可以从235米处逐渐增加由发动机104提供的动力。节气门调节器306将信号发送到节气门控制器120以基于在框410计算出的加速度来调节节气门(框412)。在一些示例实施例中，节气门调节器306可以发送多个信号以逐渐增加由发动机104供应的扭矩。道路几何结构部件302然后继续确定车辆100前方的道路116的斜坡118(框406)。
在本申请中，反意连接词的使用旨在包括连接词。定冠词或不定冠词的使用并不旨在表示基数。特别是，参考“该”对象或“一个(a/an)”对象旨在还表示可能的复数个这样的对象之一。此外，连接词“或”可以被用于表达同时存在而不是互斥方案的特征。换句话说，连接词“或”应该被理解为包括“和/或”。
上述实施例，并且特别是任何“优选”实施例，是实施方式的可能示例，并且仅仅阐述用于清楚地理解本发明的原理。在实质上不脱离本文所描述的技术的精神和原则的前提下，可以对上述实施例作出许多变化和修改。所有修改旨在在此被包括在本公开的范围内并由以下权利要求保护。