专利名称：使用用于路线模拟的车辆状态信息的导航系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种使用用于路线模拟的车辆状态信息的导航系统和方法。
背景技术：
导航系统使用全球定位系统数据准确地确定使用者的当前位置。当前位置随后在地理编码地图上显示给。地图形成数据(mapping data)包括地形和道路网络信息。这种信息通常从远程地理空间数据库通讯给导航系统或从车载存储位置获取。从当前位置或从另一起点，导航系统可自动产生到目的地的逐向路段(turn-by turn)驾驶指导。推荐路线最终以地理路线轨迹和/或基于文字或语言的驾驶指导的形式显示。使用地理空间数据，导航系统可提供去往参考地理空间数据库中含有的任何位置的准确驾驶指导。驾驶指导可按照使用者的偏好来调整，例如具有最短总距离的推荐行驶路线，或需要最少量的行驶时间路线。混合动力车辆，电池电动车，或增程式电动车设计 (其可用牵引电动机来推进且由此具有很低的尾管排放或零尾管排放)也可显示相对于其他路线的消耗化石燃料最小的路线。这种路线有时被称为环保路线。
发明内容
如本文所述的车辆包括动力传动系控制器，至少一个电装置，牵引电动机，和导航系统。导航系统与地理空间数据库通讯，并配置为使用来自地理空间数据库的地图形成数据在路线起点和路线终点之间产生推荐行驶路线，例如经济/环保路线或环保路线。此外， 导航系统接收来自控制器的当前动力传动系状态和来自所述电装置的当前功率负荷，作为一组车辆状态信息。导航系统随后使用车辆状态信息在电量用尽耗费计算模型和电量维持耗费计算模型之间选择，使用所选择的耗费计算模型产生推荐行驶路线，并经由显示屏显示该路线。在一个实施例中的电装置包括加热、通风和空气调节(HVAC)系统，且当前功率负荷包括HVAC系统在给定行程过程中的功率负荷。电装置还包括辅助系统，例如无线电，CD 播放器，DVD播放器，灯，雨刷等，当前功率负荷包括辅助系统在该行程上的功率负荷。用在车辆中的导航系统包括主机和显示屏。主机与地理空间数据库通讯，并配置为使用来自地理空间数据库的地图形成数据在起点和终点之间产生路线。主机接收来自控制器的当前动力传动系状态和来自电装置(一个或多个)的当前功率负荷作为一组车辆状态信息。当前动力传动系状态可包括ESS的电量状态。主机使用车辆状态信息而在上述电量用尽模型和电量维持耗费计算模型之间选择。主机随后经由导航系统使用所选择的耗费计算模型产生路线，并使用显示屏显示该路线。—种用于产生推荐行驶路线的方法包括接收来自动力传动系控制器的当前动力传动系状态作为一组车辆状态信息的一部分，其中当前动力传动系状态包括ESS的电量状态，并接收电装置的当前功率负荷作为所述一组车辆状态信息的另一部分。方法包括使用车辆状态信息自动地在电量用尽耗费计算模型和电量维持耗费计算模型之间选择。路线随后经由导航系统使用所选择的耗费计算模型产生，并使用显示屏显示。本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明较佳模式的以下详细描述并连同附图显而易见。
图I是本文公开的具有导航系统的车辆的示意图；和图2是描述看可由图I的导航系统执行的算法或过程的流程图。
具体实施例方式参见附图，其中几幅图中相同的附图标记指示相同或类似的部件，且以图I开始， 车辆10包括导航系统50。导航系统50使用多个不同耗费计算模型(costing model)25和 35中的一个为使用者自动产生和显示推荐行驶路线，例如环保路线或其他期望的路线。导航系统50随后通过处理收集的一组如下所述的车辆状态信息而在耗费计算模型25和35 之间进行选择。用在本文的术语“车辆状态信息”称为在具体行驶路线或行程中的期望能量消耗并称为已知的和估计的车辆10的动力传动系运行状态。如上所述的术语“环保路线”称为一种推荐行驶路线的产生和显示，该推荐行驶路线是多个可能路线中经济方面和/或环保方面最有效的潜在路线。这种路线被认为能通过将使用者引导到相对于其他可能行驶路线能延长车辆的仅电(EV)里程的路线上而使得化石燃料消耗率最小化。当前导航系统50执行算法100而在产生和显示推荐行驶路线之前自动在不同耗费计算模型25、35之间进行选择。耗费计算模型25、35可包括电量用尽模型 (charge-depleting model,即模型 25)和电量维持模型(charge-sustaining model,即模型35)。如本领域公知的，电量用尽的车辆行驶模式允许电池(如图I所示的能量存储系统(ESS) 22)的电量部分地或全部地随时间用尽，以便使得EV推进的持续时间最大化。在行驶的电量用尽模式中，在行程结束时或之前电量状态(state of charge)可被允许达到零或零附近的水平。通过对比，电量维持行驶模式中，总是保持临界最小电量状态，例如在最大可能电量状态的约15-20%或以上。一旦达到下临界值，则以产生用于对电池充电的功率的方式来控制动力传动系。导航系统50可被实施为主机，例如一个或多个数字计算机或数据处理装置，每个具有一个或多个微处理器或中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机访问存储器 (RAM)、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)、高速时钟、模拟-数字(A/D)和数字-模拟 (D/A)电路和输入/输出电路和装置(1/0)以及信号调制和缓冲电子器件。尽管为了简单和清楚在图I中显示了一个装置，导航系统50的各个元件可以按照需要分布在许多不同硬件和软件部件上。在各种实施例中，车辆10可配置为插电式混合动力车或其他混合动力电动车，电池电动车，或增程式电动车。在图I所示的非限制性实施例中，车辆10包括牵引电动机16， 该牵弓I电动机将电动机扭矩提供给变速器14和ESS 22 (例如多电池单元可充电电池)。功率逆变模型(P頂)18可经由高压AC总线19电连接在ESS 22和牵引电动机16之间，并用于将来自电动机的AC功率转换为DC功率，用于存储在ESS中，且反之亦然。高压DC总线23可电连接在PM 18和ESS 22之间。DC-DC功率逆变器(未示出)还可按照需要用于增加或降低DC功率的水平至适于被各种DC供电的车辆系统使用的水平。当其被配置为混合动力电动车时，车辆10包括内燃发动机12，该内燃发动机经由发动机输出轴21选择性地产生发动机扭矩。来自发动机输出轴21的扭矩可被用于直接驱动变速器输入构件17，并由此推进车辆10 (例如在混合动力电动车辆设计中)，或在增程式电动车设计中为发电机(未示出)提供动力。输入离合器和缓冲器组件15可用于选择性地将发动机12与变速器14连接/断开，并对连接/断开过程中的任何震荡进行缓冲。输入扭矩最终从牵引电动机16和/或发动机12经由变速器14的输出构件34传递到一组驱动车轮32。车辆10还包括用户界面20，加热、通风和空调(HVAC)系统30，各种辅助系统40， 和动力传动系控制器60。这些装置每一个将相应的信号提供到导航系统50，用于在车辆运行过程中在电量用尽模型25和电量维持模型35之间选择。在一个可行实施例中控制器60可以是用在混合动力电动车上的混合动力控制处理器。在该实施例中，控制器60可使用反馈和控制信号(双箭头11)将扭矩输入从发动机 12和牵引电动机16协调到变速器14。控制器60又将信号以当前动力传动系状态的形式提供到导航系统50 (箭头66)。动力传动系状态(箭头66)还可包括诸如ESS 22的剩余能量或电量状态、变速器14是否处于固定档位模式、EV模式、电无级变速(EVT)模式中等的信息。HVAC系统30接收来自用户界面20的使用者设定(箭头26)，如各种所需的HVAC 设定。例如，车辆10的乘客可使用用户界面20 (如通常位于车辆内部的仪表盘或中央控制台上的)的键盘或播选部分选择所需的温度和送风机速度。物理设定随后被通讯到HVAC系统30作为使用者设定(箭头26)。在一个实施例中导航系统30可估计HVAC系统30的作为使用者设定(箭头26)的函数的功率负荷。HVAC负荷(箭头36)(当前的或估计的HVAC 系统30的功率负荷)随后被通讯到导航系统50以作为额外的输入。辅助系统40可包括用在车辆10上的各种其他需供电工作的非HVAC系统和部件。 这种系统可包括例如无线电，DVD和/或CD播放器，雨刷，灯等，各种辅助系统40集中地呈现辅助负荷(箭头46)。辅助负荷(箭头46)用作对导航系统50的额外输入。各种输入 (即动力传动系状态(箭头66)，HVAC负荷(箭头36)，和辅助负荷(箭头46))共同地限定出车辆状态信息，该信息最终被导航系统50使用。在产生和显示推荐行驶路线时，导航系统50使用该信息来自动在电量用尽模型25和电量维持模型35之间进行选择，如下所述。仍参见图I,导航系统50与远程来源(remote source) 42和地理空间数据库24通讯。导航系统50可从远程来源42接收外部信息(箭头27)，例如交通，天气，和/或建筑的更新信息。这种信息也可被导航系统50用于确定环保路线。导航系统50还可从地理空间数据库24接收地理空间信息(箭头28)，用于产生需要显示的地图。如在本文使用的，术语 “地理空间数据库”是指地理信息系统，其含有多个连接的位置的地理空间数据。地理空间数据库24可相对于导航系统50处在远程位置，如图所示，地理空间信息(箭头28)可用发送器/接收器(未示出)而被导航系统获得。当地理空间数据库24是本地的时(例如存储在有形介质上作为地图形成软件并可直接被导航系统的相关硬件部件获取)，地理空间数据库可定位在车辆10上。
导航系统50经由显示屏52显示推荐的形式路线。显示屏52可经由地理路线/地图轨迹和/或基于文字的驾驶指导图形地或视觉地显示推荐行驶路线，和/或可进一步配置为具有音频扬声器54，该扬声器可以以音频语音来播放逐向路段驾驶指导。到导航系统 50的额外输入数据(箭头38)可包括路线起点和路线终点，它们可以经由输入装置33 (如触摸屏，如图所示)来输入。替换地，显示屏52，用户界面20，和输入装置33可以实施为整合装置，如单个触摸屏，其能通过检测使用者手或触笔的触摸来检测并记录输入数据38和使用者设定(箭头26)。导航系统50由此自动执行算法100，以按照需要使用车辆状态信息(如由图I中的箭头36、38、46和66共同代表的)及输入数据(箭头38)、来自地理空间数据库24的地理空间信息(箭头28)、和来自远程来源42的任何外部信息(箭头27)来自动在耗费计算模型25和35之间进行选择。参见图2，使用算法100能使用实际车辆运行状态通过精细地调节路线规划来改善车辆路线规划能力。例如，在插电式或增程式电动车设计中，在电量用尽运行模式中行驶的能量耗费基本上有时会与行驶在电量维持运行模式中的不同。使用一种“一刀切”的能量耗费模型而不正确地考虑估计的能量消耗会减少环保路线规划的优点。同样，在电池电动车或增程式电动车中，HVAC电负载可与车辆推进所需的电负荷相当。由此，如本文所述的导航系统50考虑总体的一组车辆状态信息并在不同耗费模型之间选择，即图I的电量用尽模型25和电量维持模型35。一种可行的算法100的实施例以步骤102开始，其中图I的导航系统50经由输入装置33记录所需行程的起点和终点，并随后初步确定在该具体行程中的期望功率负荷。步骤102可在该行程中实时地或通过使用使用者设定(箭头26)估计的该行程中的功率消耗而直接执行例如HVAC系统30、辅助系统40或其他电装置(一个或多个)的能量消耗的测量，所述使用者设定经由用户界面20和/或从周围温度或其他周围条件来确定。在步骤104，导航系统50可使用车辆状态信息估计车辆10的剩余电量用尽里程。 例如，导航系统50可从动力传动系控制器60接收ESS 22的当前电量状态，并基于电量状态和在步骤102确定的HVAC系统30的估计功率消耗来估计电量用尽里程。也可以考虑诸如辅助负荷(箭头46)这样的其他值。步骤104可经由图I的或充电站或加油站的数据库 24来确定位置。当完成这些时，导航系统50可使用该信息来估计里程。一旦已经估计了剩余里程，则算法100前进到步骤106。在步骤106，导航系统50使用输入的起点和终点、HVAC功率消耗和来自步骤102 的104的剩余里程来估计最短路线距离。一旦已经估计了最短路线距离，则算法100前进到步骤108。在步骤108，图I的导航系统50确定在步骤106确定的最短路线距离是否适于电量用尽运行，即是否小于ESS 22的有效剩余里程。如果是，则算法100前进到步骤110，否则算法前进到步骤111。在步骤110，导航系统50选择图I所示的电量用尽模型25，并在前进到步骤112 之前开始该模型的执行。在步骤111，导航系统50选择电量维持模型35，并开始该模型的执行。算法100 前进到步骤112。
在步骤112，导航系统50按照需要使用电量用尽模型25或电量维持模型35 (如分别在上述步骤110和111中确定的)计算推荐环保路线或其他推荐行驶路线和其他相关信息。所执行的具体模型25或35具有一些参数，包括动力传动系的运行状态，HVAC系统30 和/或辅助系统40的当前功率负荷中的至少一个，如上所述。在一个实施例中，以上所有三个都用作输入，且在形成路线之前被设定。通过确保推荐路线不会由于用未优化的路线设定模型做出的不准确估计而消耗额外的能量，包括额外的车辆状态信息由此改善车辆路线设定的准确性。推荐行驶路线随后经由显示屏52显示。其他信息也可以被显示，例如每英里行驶的能量使用率，以向司机提供额外的信息。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
权利要求
1.一种车辆,包括动力传动系控制器；能量存储系统(ESS)；牵引电动机，其由ESS供能并配置为推进车辆；至少一个电装置；和导航系统，与地理空间数据库通讯，并配置为使用来自地理空间数据库的地图形成数据产生路线起点和路线终点之间的推荐行驶路线；其中导航系统配置为接收来自控制器的当前动力传动系状态和来自所述至少一个电装置的当前功率负荷作为车辆状态信息，其中当前动力传动系状态包括ESS的电量状态；使用所述车辆状态信息在电量用尽耗费计算模型和电量维持耗费计算模型之间进行选择，该电量用尽耗费计算模型以让ESS用尽到低于校准阈值电量状态以下的方式使用牵引电动机，该电量维持耗费计算模型以让ESS的电量状态维持在校准阈值以上的方式使用牵引电动机；经由导航系统使用所选择的耗费计算模型产生所述推荐行驶路线；和经由显示屏显示所述推荐行驶路线。
2.如权利要求I所述的车辆，其中所述至少一个电装置包括加热、通风和空调(HVAC) 系统，其中当前功率负荷包括HVAC系统的功率负荷。
3.如权利要求2所述的车辆，其中所述电装置还包括辅助系统，且其中当前功率负荷包括辅助系统的功率负荷。
4.如权利要求2所述的车辆，还包括用户界面，其配置为用于记录使用者对HVAC系统的设定，其中导航系统处理使用者的设定以由此确定HVAC系统的功率负荷。
5.一种用在车辆中的导航系统，该车辆具有动力传动系控制器、能量存储系统(ESS)、 被ESS供电的牵引电动机和至少一个电装置，导航系统包括主机，与地理空间数据库通讯，并配置为使用来自地理空间数据库的地图形成数据产生路线起点和路线终点之间的推荐行驶路线；和显示屏；其中主机配置为接收来自控制器的当前动力传动系状态和来自所述至少一个电装置的当前功率负荷作为车辆状态信息，其中当前动力传动系状态包括ESS的电量状态；使用所述车辆状态信息在电量用尽耗费计算模型和电量维持耗费计算模型之间进行选择，该电量用尽耗费计算模型以让ESS用尽到低于校准阈值电量状态以下的方式使用牵引电动机，该电量维持耗费计算模型以让ESS的电量状态维持在校准阈值以上的方式使用牵引电动机；经由导航系统使用所选择的耗费计算模型产生所述推荐行驶路线；和经由显示屏显示所述推荐行驶路线。
6.如权利要求5所述的导航系统，其中所述至少一个电装置包括加热、通风和空调 (HVAC)系统，其中当前功率负荷包括HVAC系统的功率负荷。
7.如权利要求6所述的导航系统，其中所述至少一个电装置还包括辅助系统，且当前功率负荷包括辅助系统的功率负荷。
8.如权利要求6所述的导航系统，还包括用户界面，其配置为用于记录使用者对HVAC 系统的设定，其中导航系统处理使用者的设定以由此确定HVAC系统的功率负荷。
9.如权利要求8所述的导航系统，其中导航系统估计作为使用者设定的函数的HVAC系统的功率负荷。
10.如权利要求5所述的导航系统，其中导航系统与远程来源通讯，该远程来源提供天气和交通信息作为所述车辆状态信息的至少一部分。
全文摘要
本文公开使用用于路线模型的车辆状态信息的导航系统和方法。一种车辆，包括动力传动系控制器，能量存储系统(ESS)，牵引电动机，如HVAC系统和/或辅助系统这样的电装置，和导航系统。导航系统产生推荐环保路线或其他行驶路线。导航系统接收车辆状态信息，包括来自控制器的当前动力传动系状态和来自是该装置的功率负荷值(一个或多个)，包括ESS的电量状态。车辆状态信息用于在电量用尽模型和电量维持耗费计算模型之间选择。使用所选择的模型来产生路线，并随后显示。导航系统包括主机，该主机选择模型并产生路线，还包括显示屏，用于显示路线。产生路线的方法包括接收当前动力传动系状态和功率负荷值，并使用状态信息在电量用尽和电量维持模型之间选择。
文档编号G01C21/34GK102589562SQ20121000723
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者S.E.杰克逊, T.E.达蒙, 小爱德华.D.泰特 申请人:通用汽车有限责任公司, 通用汽车环球科技运作有限责任公司