利用前方行驶环境信息控制环保车辆的行驶的方法与流程

本申请要求2017年12月18日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2017-0174556以及2018年8月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2018-0090595的优先权及权益，其全部内容通过引用纳入本文。

本发明涉及用于车辆的控制方法，更具体地，涉及利用前方行驶环境信息控制环保车辆的行驶的方法。

背景技术：

环保车辆包括燃料电池车辆、电动车辆、插电式电动车辆和混合动力车辆，并且通常包括产生驱动力的电机。

混合动力车辆是环保车辆的一个示例，其使用内燃机和电机的动力。换言之，混合动力车辆有效地结合并使用了内燃机的动力和电机的动力。

混合动力车辆可以包括发动机、电机、发动机离合器(其调节发动机和电机之间的动力)、变速器、差速齿轮装置、电池、启动机-发电机(其启动发动机或通过发动机的输出产生电力)以及车轮。

此外，混合动力车辆可以包括：混合动力控制单元(hcu)，其用于控制混合动力车辆的整体操作；发动机控制单元(ecu)，其用于控制发动机的操作；电机控制单元(mcu)，其用于控制电机的操作；变速器控制单元(tcu)，其用于控制变速器的操作；以及电池控制单元(bcu)，其用于控制和管理电池。

电池控制单元可以称为电池管理系统(bms)。启动机-发电机可以指得是一体式启动机和发电机(isg)或混合式启动机和发电机(hsg)。

混合动力车辆可以通过以下驱动模式进行驱动：例如，电动车辆(ev)模式，在该模式下仅使用电机的动力；混合动力电动车辆(hev)，在该模式下使用发动机的旋转力作为主要动力，并使用电机的旋转力作为辅助动力；以及再生制动(rb)模式，其用于在行驶期间通过车辆的制动或惯性收集制动和惯性能量以通过电机发电对电池充电。

相关技术的美国专利no.9070305针对一种通过图像和颜色检测车辆信息(位置、方向、高度)和交通灯信息来计算交通灯的位置信息的方法。

相关技术的美国专利no.7825825针对一种向车辆提供交通灯信息的方法。

公开于背景技术部分的上述信息仅仅旨在增强对本发明背景技术的理解，因此其可以包含不构成在本国已为本领域普通技术人员所公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明提供一种利用前方行驶环境信息控制环保车辆的行驶的方法，该方法能够利用车辆的前方行驶环境信息(或交通信息)来确定用于环保车辆的行驶的控制更新事件的发生，通过根据控制更新事件校正车辆的控制目标速度来预测控制扭矩，并且基于控制扭矩驱动车辆。

本发明的示例性实施方案可以提供利用前方行驶环境信息控制车辆(例如，环保车辆)的行驶的方法，该方法包括：通过控制器接收车辆的前方行驶环境信息；基于前方行驶环境信息，通过控制器预测用于车辆的行驶的控制更新事件的发生；基于控制更新事件，通过控制器确定用于车辆的行驶的目标速度曲线；通过控制器预测对应于目标速度曲线的车辆的控制扭矩；在至少一个采样时间间隔期间，利用控制扭矩通过控制器操作包括驱动电机的驱动设备，从而驱动车辆。

前方行驶环境信息可以包括静态交通信息和动态交通信息。

预测控制更新事件的发生可以包括：基于包含在静态交通信息中的车辆的限速变化、包含在动态交通信息中的交通灯的信号变化或者包含在动态交通信息中的交通情况信息的变化，通过控制器来预测控制更新事件的发生。

控制器可以通过将包含在静态交通信息中的车辆的先前的限速与包含在静态交通信息中的车辆的当前的限速进行比较来预测控制更新事件的发生。

控制器可以基于到车辆接近的交通灯的剩余距离、交通灯的红灯剩余时间以及交通灯的绿灯时间来计算最小速度值和最大速度值；并且可以在车辆的当前速度小于最小速度值或超过最大速度值时预测控制更新事件的发生。

控制器可以基于到车辆接近的交通灯的剩余距离、交通灯的绿灯剩余时间以及交通灯的红灯时间来计算最小速度值和最大速度值；并且可以在车辆的当前速度小于最小速度值或超过最大速度值时预测控制更新事件的发生。

控制器可以基于包含在交通情况信息中的每个路段的车辆的数量、路段的距离以及每个路段的车辆的平均速度来计算包括车辆接近的交通灯的道路的交通拥堵程度，并且可以通过将计算出的交通拥堵程度中的先前的交通拥堵程度与计算出的交通拥堵程度中的当前的交通拥堵程度进行比较来预测控制更新事件的发生。

确定目标速度曲线可以包括：通过控制器确定对应于车辆的限速的用于车辆的行驶的控制目标速度，其中，当控制更新事件发生时，在控制器上接收车辆的限速，并且车辆的限速包含在前方行驶环境信息中；根据车辆驾驶员的驾驶倾向、基于车辆的当前速度、控制目标速度以及直到要求限速的位置时车辆的目标加速度，通过控制器确定车辆到达要求限速的位置时所需的车辆的减速时间。

确定目标速度曲线可以进一步包括：基于设置在包括要求限速的位置的道路上的交通灯的信息，以及包含在道路的交通情况信息中的拥堵程度，通过控制器来校正目标速度曲线。交通灯的信息和交通情况信息可以包含在前方行驶环境信息中。

校正目标速度曲线可以包括：基于车辆接近交通灯所需的接近时间和交通灯信息的红灯剩余时间，通过控制器来校正目标速度曲线。控制器在接近时间小于或等于红灯剩余时间时，将目标速度曲线的控制目标速度调整为0。

校正目标速度曲线可以包括：基于车辆接近交通灯所需的接近时间、交通灯信息的红灯剩余时间以及拥堵程度，通过控制器来校正目标速度曲线。控制器可以在接近时间超过红灯剩余时间并且拥堵程度大于参考值时，减小目标速度曲线的控制目标速度。

预测控制扭矩可以包括：基于目标速度曲线，通过控制器提取加速度曲线；基于车辆的加速度曲线和驱动负载，通过控制器确定作为控制扭矩的轮轴驱动扭矩。

根据本发明的示例性实施方案，利用前方行驶环境信息控制环保车辆的行驶的方法通过利用基于前方行驶环境信息的车辆的行驶(例如，滑行行驶)来提高车辆的驱动效率，可以提高环保车辆的燃料效率或燃料经济性。

进一步地，本发明的示例性实施方案可以利用车辆的前方行驶环境信息确定用于环保车辆的行驶的控制更新事件的发生，可以通过根据控制更新事件校正车辆的控制目标速度来预测控制扭矩，并且可以基于控制扭矩驱动车辆。因此，本发明的示例性实施方案可以用于车辆的自动驾驶技术。

一种包含由处理器执行的程序指令的非临时性计算机可读介质可以包括：接收车辆的前方行驶环境信息的程序指令；基于前方行驶环境信息，预测用于车辆的行驶的控制更新事件的发生的程序指令；基于控制更新事件，确定用于车辆的行驶的目标速度曲线的程序指令；预测对应于目标速度曲线的车辆的控制扭矩的程序指令；以及在至少一个采样时间间隔期间，利用控制扭矩操作包括驱动电机的驱动设备从而驱动车辆的程序指令。

附图说明

将提供附图的简要说明以更充分地理解本发明的详细说明中所使用的附图。

图1是显示了根据本发明示例性实施方案的利用前方行驶环境信息控制环保车辆的行驶的方法的流程图；

图2是显示应用了根据本发明示例性实施方案的方法的环保车辆的框图；

图3至图5是用于解释图1所示的预测控制更新事件的步骤的示意图；

图6至图8是解释图1所示的确定控制目标速度的步骤的示意图；

图9是解释基于图1所示的控制扭矩驱动环保车辆的步骤的示意图。

具体实施方式

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力二者的车辆。

本文所用的术语仅为了描述特定实施方案的目的，并不旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚的说明。将进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，指明存在所陈述的特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或加入一个或多个其它特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或及其组合。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项的任何和所有组合。在整个说明书中，除非明确地相反描述，术语“包括”和变化形式例如“包括”或“包括有”应被理解为暗示包含所述元件但是不排除任何其它元件。此外，在说明书中描述的术语“单元”、“器件”、“部件”和“模块”意为用于执行至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件组件或者软件组件以及它们的组合来实现。

此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的非临时性计算机可读介质，其包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、光碟(cd)-rom、磁带、软盘、闪盘驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读介质还可以分布在网络连接的计算机系统上，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(can)以分布方式存储和执行。

为了充分理解本发明和实施本发明所实现的目标，将参考说明本发明的示例性实施方案的附图以及附图中描述的内容。

在下文中，通过参考附图描述本发明的示例性实施方案对本发明进行详细描述。在本发明的描述中，由于公知的配置或功能可能会不必要地模糊本发明的主题，所以将不会对其进行详细的描述。在附图中，相同的附图标记将用于表示相同的组件。

除非另有定义，否则本说明书中所使用的术语(包括技术术语和科学术语)理解为具有本领域技术人员通常理解的含义。应理解的是，词典所定义的术语的含义与相关技术背景中的含义相同，并且除非上下文另有指示，否则这些术语不应理想地或过于正式地定义。

已经研发出例如高精度地图(或高精度道路地图)、连接或物联网(iot)的信息通信技术(ict)。可能需要使用ict提高车辆行驶效率从而改善车辆燃料效率的技术。

图1是显示了根据本发明示例性实施方案的利用前方行驶环境信息控制环保车辆的行驶的方法的流程图。图2是显示应用了根据本发明示例性实施方案的方法的环保车辆的框图。图3至图5是用于解释图1所示的预测控制更新事件的步骤的示意图。图6至图8是解释图1所示的确定控制目标速度的步骤的示意图。图9是解释基于图1所示的控制扭矩驱动环保车辆的步骤的示意图。

参考图1至图9，在接收步骤105，环保车辆(或“车辆”)200中包括的控制器210可以通过接收器205来接收车辆的前方行驶环境信息。前方行驶环境信息可以包括静态交通信息和动态交通信息，所述动态交通信息包括交通灯信息和交通情况信息。

静态交通信息可以是高精度地图，所述高精度地图包括道路坡度、道路曲率、收费站位置、立交桥(ic)位置、道路限速、车辆的左/右转弯信息、减速标线位置信息或速度摄像头位置信息。交通灯信息可以包括信号改变周期、绿灯时间、红灯时间、红灯剩余时间、绿灯剩余时间、到交通灯的剩余距离或交通灯的位置信息。交通情况信息可以包括每个路段的车辆的数量、路段的距离或每个路段的车辆的平均速度。根据交通情况信息，可以确定是否将黄灯时间包括在红灯时间或绿灯时间里。例如，根据交通情况信息确定车辆交通流平稳时，可以将黄灯时间包括在绿灯时间里，而根据交通情况信息确定车辆交通流不平稳时，可以将黄灯时间包括在红灯时间里。为了车辆的安全，黄灯时间可以总是包括在红灯时间里。

静态交通信息可以存储在导航设备中(其包含在接收器205中)。接收器205可以包括产生车辆的位置信息的全球定位系统(gps)接收器。行驶环境信息可以通过安装在环保车辆200外部的服务器提供给控制器210。

例如，控制器210可以是通过程序运行的一个或更多个微处理器，或者是包括微处理器的硬件。所述程序可以包括用于执行根据本发明示例性实施方案的利用前方行驶环境信息控制环保车辆的行驶的方法的一系列指令。所述指令可以存储在存储器中。

如图2所示，环保车辆200包括接收器205、控制器210以及包括发动机或驱动电机的驱动设备215。

根据预测步骤110，如图3至图5所示，控制器210可以根据行驶环境信息来确定用于环保车辆200的行驶的控制更新事件是否发生。例如，环保车辆200的行驶可以包括车辆的加速行驶、减速行驶、滑行行驶以及巡航行驶。当环保车辆200进行滑行行驶时，可以执行再生制动。

在再生制动过程中，可以在滑行行驶期间通过环保车辆200的制动或惯性收集制动或惯性能量，从而利用驱动电机发电对电池充电。驱动电机可以驱动环保车辆200的驱动轮。例如，当环保车辆200的前方存在交通灯、弯路、车辆或物体时，可以通过在不踩下加速踏板和制动踏板的状态下通过滑行行驶来收集能量。

控制器210可以基于包含在静态交通信息中的环保车辆200的限速变化或包含在动态交通信息中的行驶情况变化(例如，环保车辆将要接近的交通灯的信号变化或交通情况信息的变化)来预测控制更新事件。本发明的示例性实施方案可以仅利用交通信息中的附近的信息来预测控制更新事件，使得可以不使用环保车辆200的行驶路线来预测控制更新事件。

控制器210可以通过将包含在静态交通信息中的环保车辆的先前的限速与包含在静态交通信息中的环保车辆的当前的限速进行比较来预测控制更新事件的发生。例如，当先前的限速减去当前的限速所获得的值的绝对值等于或大于速度参考值时，控制器210可以确定控制更新事件发生。

控制器210可以基于到环保车辆200将要接近的交通灯的剩余距离d、交通灯的红灯剩余时间tr_res、以及交通灯的绿灯时间tg来计算下面的等式中的最小速度值vlow_bdd和最大速度值vup_bdd。

如图5所示，当环保车辆200的当前速度v小于最小速度值vlow_bdd或超过最大速度值vup_bdd时，控制器210可以预测发生控制更新事件。环保车辆200的速度v可以通过环保车辆的速度传感器进行检测，并且可以提供给控制器210。速度传感器可以安装在环保车辆的车轮上。

在图3中示出了红灯剩余时间tr_res、绿灯时间tg以及红灯经过的时间tr_pass，并且d为剩余距离。图3显示了环保车辆200在当前交通灯是红灯时接近交通灯的情况。

根据到环保车辆200将要接近的交通灯的剩余距离d、交通灯的绿灯剩余时间tg_res以及交通灯的红灯时间tr，控制器210可以计算下面的等式中的最小速度值vlow_bdd和最大速度值vup_bdd。

如图5所示，当环保车辆200的当前速度v小于最小速度值vlow_bdd或超过最大速度值vup_bdd时，控制器210可以预测发生控制更新事件。

在图4中示出了绿灯剩余时间tg_res、红灯时间tr以及绿灯经过的时间tg_pass，并且d为剩余距离。图4显示了环保车辆200在当前交通灯是绿灯时接近交通灯的情况。

控制器210可以根据包含在交通情况信息中的每个路段的车辆的数量、路段的距离以及每个路段的车辆的平均速度来计算包括环保车辆200将要接近的交通灯的道路的交通拥堵程度，并且可以通过将计算出的交通拥堵程度中的先前的交通拥堵程度与计算出的交通拥堵程度中的当前的交通拥堵程度进行比较来预测控制更新事件的发生。例如，当先前的交通拥堵程度减去当前的交通拥堵程度所获得的值的绝对值等于或大于拥堵程度参考值时，控制器210可以确定控制更新事件发生。

根据确定步骤115，控制器210可以基于控制更新事件来确定用于环保车辆200的行驶(例如，滑动行驶)的目标速度曲线。目标速度曲线可以表示根据环保车辆200达到控制目标速度所发生的时间的速度预测值。例如，如图6所示，控制器210可以确定对应于车辆的限速的用于环保车辆200的行驶的控制目标速度vtgt。当发生控制更新事件时，车辆的限速可以在控制器210处进行接收，并且可以包含在行驶环境信息中。控制器210可以根据车辆驾驶员的驾驶倾向，基于车辆的当前速度v、控制目标速度以及直到要求限速的位置时车辆的目标加速度atgt，确定当车辆到达要求限速的位置时所需的环保车辆200的减速时间t2(其包括在目标速度曲线中)。

例如，减速时间t2可以通过下面的等式来确定。

在驾驶员的倾向是激进的情况下，环保车辆200的目标加速度的大小可以增加，在驾驶员的倾向是经济的情况下，目标加速度的大小可以减小。根据驾驶倾向的环保车辆200的目标加速度可以通过测试来确定，并且可以存储在车辆的存储器中以提供给控制器210。

在本发明的另一个示例性实施方案中，控制器210可以基于设置在道路(该道路包括要求限速的位置)上的交通灯的信息以及拥堵程度(其包含在道路的交通情况信息中)来校正目标速度曲线。

控制器210可以基于环保车辆200接近交通灯所需的接近时间tappr和交通灯信息的红灯剩余时间tr_res来校正目标速度曲线。

如图7所示，当前交通灯是红灯并且接近时间tappr小于或等于红灯剩余时间tr_res时，环保车辆200不能通过交通灯。因此，控制器210可以将目标速度曲线的控制目标速度vtgt调整或控制为0，并且可以将目标速度曲线的加速度atgt调整为小于0的值。接近时间tappr可以是剩余距离d除以环保车辆200的速度所获得的值。

控制器210可以基于环保车辆200接近交通灯所需的接近时间tappr、交通灯信息的红灯剩余时间tr_res以及拥堵程度来校正目标速度曲线。

如图8所示，当前交通灯为红灯、接近时间tappr超过红灯剩余时间tr_res，并且拥堵程度大于参考值时，控制器210可以减小目标速度曲线的控制目标速度。

根据预测步骤120，控制器210可以预测对应于目标速度曲线的环保车辆200的控制扭矩。控制器210可以基于目标速度曲线提取加速度曲线(例如，加速度的预测值)aprof，并且可以确定轮轴驱动扭矩(例如，轮轴需要的扭矩)twhl_dmd，该轮轴驱动扭矩是基于环保车辆200的加速度曲线和驱动负载fr的控制扭矩。

例如，为了确定轮轴驱动扭矩twhl_dmd，控制器210可以使用以下的等式。

twhl_dmd＝rwhl(maprof+fr)

在上面的等式中，m可以是环保车辆的质量(例如，重量)，rwhl可以是环保车辆的车轮半径，fdmd可以是提供给环保车辆的轮轴的驱动力。

例如，控制器210可以利用静态交通信息以及根据环保车辆的纵向驱动负载模型的以下等式来计算驱动负载fr。

驱动负载＝由于空气阻力产生的负载+由于滚动阻力产生的负载+由于坡道阻力产生的负载。

在上面的等式中，ρ可以是大气空气密度(kg/m³)，cd可以是空气阻力系数并且可以为负，a可以是环保车辆的迎风面积(m²)，v可以是环保车辆的速度，m可以是环保车辆的重量，g可以是重力加速度，μ可以是阻力系数，β可以是环保车辆行驶的道路的倾斜角度或坡度。

如图9所示，根据驱动步骤125，控制器210可以在至少一个采样时间间隔(或至少一个预定的时间间隔)期间利用控制扭矩操作驱动设备215(其包括驱动电机)从而驱动环保车辆200。

本示例性实施方案中所使用的组件、“单元”、块或模块可以以软件实施，例如，在存储器中预定区域内执行的任务、类、子程序、过程、对象、执行线程或程序，或者以硬件实施，例如，现场可编程门阵列(fpga)或专用集成电路(asic)，并且可以实施为软件和硬件的组合。组件、“部件”等可以嵌入计算机可读存储媒介中，并且其中某些部分可以分散地分布在多个计算机中。

如上所述，已经在附图和说明书中公开了示例性实施方案。在此，使用了特定的术语，但这些术语仅用于描述本发明的目的，而不用于限定含义或限制本发明的范围，该范围在所附权利要求中公开。因此，本领域技术人员将会明白，可以从本发明得到示例性实施方案的各种修改和等价形式。因此，本发明的实际技术保护范围应由所附权利要求的精神来确定。