МОДУЛЬ ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ Российский патент 2013 года по МПК B60K31/00 B60W10/10 B60W30/14 F16H59/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к модулю для определения значений уставки для систем управления транспортным средством, согласно ограничительной части независимого пункта формулы изобретений.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время многие транспортные средства оборудованы системой круиз-контроля, которая позволяет водителю облегчить управление транспортным средством. В этой системе водитель может задать требуемую скорость, например, с помощью устройства управления, размещенного на рулевой колонке, и в дальнейшем система круиз-контроля транспортного средства воздействует на систему управления с возможностью ускорения и торможения транспортного средства для поддержания требуемой скорости. Если транспортное средство оснащено системой автоматического переключения передач, то переключение передач транспортного средства выполняется так, чтобы транспортное средство могло поддерживать требуемую скорость.

Когда система круиз-контроля используется в холмистой местности, она будет поддерживать заданную скорость на подъемах. В частности, это приводит к ускорению транспортного средства на вершине возвышенности и, возможно, при последующем спуске к необходимости торможения во избежание превышения установленной скорости, что является топливо-затратным способом при эксплуатации транспортного средства.

За счет изменения скорости транспортного средства в холмистой местности можно экономить топливо по сравнению с известной системой круиз-контроля. Это можно выполнить различными способами, например, путем вычислений текущего состояния транспортного средства (как в случае Скания экокруиз® (Scania Ecocruis®)). Если подъем рассчитан, то система ускорит транспортное средство при движении вверх. В конце подъема система запрограммирована так, чтобы избежать ускорения до тех пор, пока уклон не станет равен нулю на вершине при условии, что скорость транспортного средства не упадет ниже определенного уровня. Скорость, уменьшенную в конце подъема, можно восстановить на последующем спуске без использования двигателя для ускорения. Когда транспортное средство достигает впадины ската, система пытается использовать кинетическую энергию для начала следующего подъема с более высокой скоростью по сравнению с обычной системой круиз-контроля. Система позволяет легко обеспечить ускорение в конце спуска для сохранения количества движения транспортного средства. При неровной поверхности дороги это означает, что транспортное средство начинает следующий подъем с более высокой скоростью, чем обычно. Избегая ненужного ускорения и используя кинетическую энергию транспортного средства, можно сэкономить топливо.

Если известна топология впереди транспортного средства, имеющего картографические данные и GPS, то такую систему можно выполнить более надежной, и можно также изменять скорость транспортного средства с упреждением.

Известны существующие системы, которые включают в себя топологию впереди транспортного средства в виде расчетов для скорости транспортного средства путем выполнения оптимизаций в реальном времени скорости транспортного средства на всем протяжении маршрута. Это может привести к очень тяжелой вычислительной нагрузке на аппаратные средства в системе реального времени в транспортном средстве, поскольку такие системы часто имеют ограниченные ресурсы, исходя из емкости памяти и производительности процессора. Даже при выполнении обычных вычислений и моделирований в режиме реального времени на всем протяжении известного маршрута, профиль может представлять собой тяжелую вычислительную нагрузку. Если, например, точность или разрешение горизонтальных векторов для вычисления уклонов дороги являются слишком большими, то затрачивается излишняя вычислительная мощность.

Способ экономии вычислительной мощности транспортного средства представлен здесь в виде ссылки на опубликованную заявку на патент США № 2008/0188996, относящуюся к системе помощи водителю, в которой ряд датчиков обеспечивает сопутствующие факторы движения и создает гипотезы, логически связанные друг с другом. Однако эта система не относится к системам круиз-контроля транспортных средств.

Одна из задач настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать усовершенствованную систему для определения значений уставки для систем управления в транспортном средстве, которая, в частности, уменьшают величину вычислительной мощности, необходимой при регулировке значений уставки для систем управления транспортным средством.

Дополнительный аспект заключается в том, что системы автоматического переключения передач могут только принимать решения относительно того, какая передача является наилучшей для текущей ситуации управления транспортным средством на основании того, что известно в это время. Текущее число оборотов двигателя и нагрузка на двигатель транспортного средства являются обычно ключевыми переменными для выбора правильной передачи.

В современном транспортном средстве управление двигателем, коробкой передач, замедлителем (если транспортное средство оснащено им) и тормозами выполняют посредством блока управления автоматическим переключением передач (например, Скания оптикруиз® (Scania Opticruise®)). Блок управления автоматическим переключением передач служит в качестве электронной системы связи между двумя или более из этих функций, что повышает удобства водителя для управления ими. Например, число оборотов двигателя и коробки передач настраивают перед тем, как система переключит на одну или более повышающих или понижающих передач. Переключение передач становится мягким и быстрым, что позволяет повысить экономию топлива и защиту трансмиссии.

Поскольку в известных системах маршрут не известен, то иногда выполняют ненужные переключения передач, например, в конце подъема, когда переключение на пониженную передачу может стать обязательным перед вершиной, несмотря на тот факт, что водитель интуитивно выбирает ту же самую передачу для продолжения движения. За более поздним переключением на пониженную передачу часто следует переключение на повышенную передачу, так как на вершине уменьшается сопротивление движению. Такие переключения передач вызывают излишние потери топлива по сравнению с тем, если бы можно было избежать переключения на пониженную передачу.

Известны также другие случаи, где хорошей практикой является переключение передачи перед подъемом для того, чтобы находиться уже на правильной передаче в начале подъема, в том числе потому, что переключение передачи будет меньше нарушать комфорт, если это происходит перед подъемом, когда меньше нагрузка на двигатель, и меньше будет теряться скорость во время переключения передачи. Правильная передача означает наличие достаточного запаса крутящего момента для выполнения более длительного подъема.

В патенте США № 5832400 описана система, которая обеспечивается информацией и предупреждается об уклоне и нагрузке на двигатель посредством GPS и картографических данных, в том числе путем использования информации о топографии и географического положения транспортного средства.

Публикация WO 03/041988 относится к управлению переключением передач в транспортном средстве. Это выполняют, в том числе, путем установки конфигурации переключения передач с помощью автоматического выбора передач, рассчитанных наперед на более продолжительный период времени с использованием информации о фактическом положении, полученной посредством GPS и будущих положений, предоставленных с помощью информации из электронной карты.

Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать улучшенное управление системой автоматического переключения передач в транспортном средстве, которое приводит, в том числе, к оптимальной эксплуатации транспортного средства на холмистой местности в отношении потребления топлива и износа трансмиссии, и которое в то же самое время является комфортабельным для водителя.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачи, описанные выше, решены с помощью настоящего изобретения, согласно независимому пункту формулы изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Тот факт, что топология известна, можно использовать для оценки будущей нагрузки на двигатель. Теоретическая скорость в системе круиз-контроля также используется совместно с оценкой нагрузки на двигатель для оценки будущего числа оборотов двигателя.

Модуль, согласно настоящему изобретению, моделирует внутреннюю модель сопротивления движению топологии впереди транспортного средства при скорости v_ref, которую будет запрашивать система круиз-контроля. Это используется для вычисления оценки необходимого крутящего момента и требуемого числа оборотов двигателя на всем протяжении будущего горизонта, которые требуются для поддержания скорости v_ref.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, система управления обеспечивает подачу трех различных параметров управления в систему автоматического выбора передачи транспортного средства:

1. Флаг, показывающий, что система автоматического переключения передач не должна предпочтительно переключать на повышенную передачу.

2. Требуемый предел скорости для переключения на пониженную передачу.

3. Если транспортное средство движется к вершине возвышенности, что классифицируется как "крутой подъем", то есть с недостаточным крутящим моментом двигателя для поддержания скорости, то будет передаваться следующее:

- средний уклон и расстояние от точки, где система рассчитывает, что транспортное средство сможет поддерживать свою скорость;

- требуемое число оборотов двигателя в точке, где система рассчитывает, что транспортное средство сможет поддерживать свою скорость.

Одно из преимуществ настоящего изобретения заключается в том, что транспортное средство имеет автоматический выбор передачи, который позволяет более надежно выбрать правильную передачу, таким образом, повышая экономию топлива и эффективность. Система также управляет предварительным выбором правильной передачи точно так же, как это мог бы сделать компетентный действующий водитель.

Другое преимущество заключается в том, что на подъеме система позволяет выполнить более позднее переключение передачи или полностью избежать переключения на пониженную передачу после того, как она объединила информацию относительно пониженного числа оборотов двигателя для переключения на пониженную передачу и оценила это совместно с физическими ограничениями из-за низкого числа оборотов двигателя и другого регулирования.

Можно также предотвратить ненужные переключения передач, которые могли быть включены путем изменений в значении уставки скорости и, следовательно, в нагрузке.

На определенных спусках, где желательно катиться по скату вниз, включение повышенной передачи раньше времени может привести к более низкому тормозящему моменту. На крутых спусках может быть предпочтительным включение пониженной передачи раньше времени для того, чтобы еще больше увеличить мощность торможения двигателем.

Согласно настоящему изобретению, система автоматического переключения передач обеспечивается информацией, в том числе, относительно других ограничений по скорости, расстояния до вершины и среднего уклона, таким образом, повышая экономию топлива и характеристики эксплуатации транспортного средства.

Использование модуля, согласно настоящему изобретению, позволяет минимизировать количество топлива, которое необходимо в течение поездки на транспортном средстве с учетом информации о маршруте. Картографические данные, например, в виде базы данных на борту транспортного средства с информацией о высоте над уровнем моря и система позиционирования, например, GPS, обеспечивают информацию относительно топографии дороги вдоль маршрута. После этого, в системы управления, в частности, в блок управления автоматическим переключением передач, подаются значения уставки и параметры управления, и управление транспортным средством выполняется в соответствии с ними.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - функциональный контекст модуля регулирования для транспортного средства, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 - этапы алгоритма, которые выполняет модуль согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 - длина горизонта системы управления относительно длины маршрута для транспортного средства; и

Фиг.4 - различные расчетные скорости и категории участков, которые постоянно обновляются в виде новых участков, которые добавляются к горизонту.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее приведено подробное описание настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Информацию о маршруте транспортного средства можно использовать для регулирования его скорости v_ref уставки для системы круиз-контроля в транспортном средстве с упреждением для того, чтобы сэкономить топливо, повысить безопасность и повысить комфорт. Другие значения уставки можно также регулировать для других систем управления. Топография оказывает значительное влияние на управление, в частности, трансмиссию транспортных средств большой грузоподъемности, поскольку требуется гораздо больший крутящий момент на подъеме, чем на спуске и позволяет обеспечить движение к вершине некоторых возвышенностей без переключения передачи.

Транспортное средство обеспечивается системой позиционирования и картографической информацией, и данные позиционирования из системы позиционирования и топологические данные, полученные из картографической информации, используются для построения горизонта, который изображает характер маршрута. В описании настоящего изобретения, GPS (глобальная система позиционирования) указана для определения данных позиционирования для транспортного средства, но следует понимать, что другие виды глобальных или региональных систем позиционирования также пригодны для обеспечения транспортного средства данными позиционирования, например, системы, в которых радиоприемник используется для определения положения транспортного средства. Транспортное средство может также использовать датчики для сканирования окрестностей и, таким образом, определения своего положения.

Фиг.1 изображает как блок объединяет картографическую и GPS информацию о маршруте. Ниже в качестве примера приведен маршрут в виде одной дороги для транспортного средства, но следует понимать, что различные пригодные маршруты объединены в виде информации посредством карт и GPS или других систем позиционирования. Водитель может также регистрировать отправной пункт и пункт назначения намеченной поездки, в случае которой блок использует картографические данные и т.д. для вычисления подходящего маршрута. Маршрут или, если существуют две или более возможных альтернативы, маршруты посылают бит за битом через CAN (локальную сеть контроллера), систему последовательных шин, специально адаптированных для транспортных средств, в модуль для регулирования значений уставки, которые модуль может отделить от или образовать часть систем, которые должны использовать значения уставки для регулирования. Альтернативно, блок с картами и системой позиционирования может быть также частью системы, которая использует значения уставки для регулирования. В модуле регулирования биты подготавливаются в блоке горизонта, предназначенного для формирования горизонта, и обрабатываются с помощью процессорного устройства для создания внутреннего горизонта, с помощью которого система управления может регулировать. Если существуют два или более альтернативных маршрута, для различных альтернатив создается ряд внутренних горизонтов. Система управления может представлять собой любую из различных систем управления в транспортном средстве, например, систему круиз-контроля, систему управления коробкой передач или некоторую другую систему управления. Горизонт обычно подготавливается для каждой системы управления, так как системы управления регулируются с помощью различных параметров. Горизонт затем постоянно накладывается на новые биты из блока с помощью GPS и картографических данных для поддержания требуемой длины горизонта. Таким образом, когда транспортное средство находится в движении, горизонт обновляется непрерывно.

Таким образом, CAN является системой последовательных шин, специально разработанных для использования в транспортных средствах. Шина данных CAN выполняет цифровой обмен данных, который возможен между датчиками, компонентами регулирования, исполнительными механизмами, устройствами управления и т.д. и гарантирует, что два или более устройств управления могут иметь доступ к сигналам, которые подаются из данного датчика для того, чтобы использовать их для управления компонентами, которые подсоединены к ним.

Настоящее изобретение относится к модулю для определения значений уставки для системы управления транспортным средством, в частности, для определения сигнала управления с параметрами управления для системы управления автоматическим переключением передач транспортного средства, модуль которой схематично изображен на фиг.1.

В общем, параметры управления определяют, как заставить систему автоматического переключения передач выбрать правильную передачу перед близкой возвышенностью, в том числе, для предотвращения ненужного переключения передачи недалеко от конца возвышенности.

Таким образом, настоящее изобретение, схематично показанное на фиг.1, относится к модулю для определения значений v_ref уставки скорости для систем управления транспортным средством, содержащему блок ввода, выполненный с возможностью ввода, например, водителем транспортного средства, опорной скорости v_set, которая представляет собой скорость транспортного средства, которая желательна для водителя.

Модуль содержит:

блок горизонта, выполненный с возможностью определения горизонта посредством полученных данных позиционирования и картографических данных маршрута, которые состоят из участков дороги, по меньшей мере, с одной характеристикой для каждого участка;

процессорное устройство, выполненное с возможностью вычисления v_ref на всем протяжении горизонта, согласно правилам, имеющим отношение к категориям, на которые распределены участки в пределах горизонта, для того, чтобы v_ref находилась в пределах диапазона, ограниченного v_min и v_max, где v_min<v_set<v_max.

Процессорное устройство дополнительно выполнено с возможностью определения сигнала управления с параметрами управления для блока управления автоматическим переключением передач транспортного средства на основании одного или более значений, специфических для транспортных средств, и вычисленного значения v_ref уставки скорости на всем протяжении будущего горизонта.

Значения, специфические для скорости, определяются с помощью текущего передаточного числа, текущего веса транспортного средства, максимума кривой крутящего момента транспортного средства, механического трения и/или сопротивления движению транспортного средства на текущей скорости.

Согласно варианту осуществления, процессорное устройство выполнено с возможностью вычисления нагрузки на двигатель и числа оборотов двигателя на всем протяжении будущего горизонта на основании значений, специфических для транспортного средства, и вычисленные значения для нагрузки на двигатель и/или числа оборотов двигателя используются затем для определения упомянутого одного или более параметров управления.

После расчета нагрузки на двигатель на основании упомянутых значений, специфических для двигателя, на всем протяжении горизонта, можно также оценить число оборотов двигателя, и после этого процессорное устройство может обеспечить подачу входных данных в блок управления автоматическим переключением передач посредством параметров управления, которые требуются для оптимального управления системой автоматического переключения передач на всем протяжении горизонта. Параметры управления предпочтительно содержат, согласно варианту осуществления, одно или более из следующего:

пределы числа оборотов двигателя для переключения передачи,

расстояние до вершины возвышенности,

средний уклон возвышенности.

Для того, чтобы процессор мог выполнить это, он предусматривает блок памяти, в котором хранятся специфические соотношения между нагрузкой на двигатель, числом оборотов двигателя и предельными значениями скорости, специфической для транспортного средства, для переключения на повышенную или пониженную передачу. Эти соотношения могут храниться в виде одной или более таблиц или в виде матрицы. Альтернативным вариантом служит информация, которая будет поступать из другого блока.

Когда транспортное средство находится рядом с или на крутом подъеме, посылается значение расстояния до перехода от крутого подъема до некоторой другой категории участка, то есть, точки, где у транспортного средства происходит изменение с недостатка крутящего момента на избыток крутящего момента. Также посылается требуемая скорость, которая моделируется с помощью внутренней модели транспортного средства, или число оборотов двигателя, соответствующее текущей передаче в вышеупомянутой точке.

Когда временная скорость увеличивается свыше установленной скорости, настроенной водителем, например, когда происходит увеличение скорости перед крутым подъемом, посылается флаг, который предотвращает переключение на повышенную передачу.

Средний уклон, подаваемый в систему автоматического переключения передач, вычисляется в виде среднего значения уклона всех образующих участков типа крутого подъема.

Согласно варианту осуществления, сигнал управления, подаваемый в блок управления автоматическим переключением передач, содержит один или более из следующих параметров управления:

нижний предел числа оборотов двигателя для переключения на пониженную передачу;

флаг, указывающий на то, что не должно происходить переключение на повышенную передачу;

уклон текущего участка и оставшееся расстояние до участка, которое классифицируется как "пологий подъем", когда транспортное средство находится на участке, который классифицируется как "крутой подъем";

требуемая скорость при переходе к "пологому подъему", когда транспортное средство находится на участке, который классифицируется как "крутой подъем".

После этого блок управления автоматическим переключением передач регулирует систему автоматического переключения передач, в том числе, согласно параметрам управления.

Таким образом, значения v_ref уставки для системы управления в транспортном средстве могут изменяться между двух упомянутых скоростей v_min и v_max. Когда модуль регулирования предсказывает внутренний горизонт для числа оборотов двигателя, число оборотов двигателя может затем изменяться в пределах этого диапазона.

Результатом является модуль, который можно использовать в транспортном средстве для регулирования значений уставки эффективным с точки зрения вычисления способом, и модуль может представлять собой часть системы управления, для которой предназначена регулировка значений уставки, или будет автономным модулем, отделенным от системы управления.

Диапазон v_min и v_max предпочтительно устанавливает водитель вручную с помощью упомянутого устройства ввода. Например, предельные значения диапазона можно установить посредством одной или более кнопок, размещенных на рулевом колесе или на инструментальной панели.

Фиг.2 изображает алгоритм, который иллюстрирует схематично этапы способа, которые модуль адаптирует для выполнения. В этом контексте, приводится также ссылка на родственную заявку на патент, поданную в одно и то же время.

На этапе А) определяют горизонт на основании данных позиционирования и картографических данных маршрута, который состоит из участков дороги, по меньшей мере, с одной характеристикой для каждого участка. Когда транспортное средство находится в движении, блок горизонта собирает вместе биты для образования горизонта маршрута, причем длина горизонта составляет обычно порядка 1-2 км. Блок горизонта сохраняет траекторию, где находится транспортное средство, и постоянно добавляет ее к горизонту для того, чтобы длина горизонта оставалась постоянной. Когда пункт назначения поездки находится в пределах длины горизонта, траекторию предпочтительно больше не добавляют к горизонту, поскольку передвижение за пределы пункта назначения не относится к данному вопросу.

Горизонт состоит из участков дороги, которые имеют одну или более характеристик, относящихся к ним. Горизонт представлен здесь, например, в виде матрицы, в которой каждый столбец содержит характеристику для участка. Матрица, охватывающая 80 м вперед по маршруту движения, может принимать следующий вид:

где первый столбец - длина каждого участка в метрах (dx), и второй столбец - уклон, выраженный в %, каждого участка. Для усреднения выбрана матрица, в которой за 20 метров впереди от текущего положения транспортного средства уклон составляет 0,2%, за которым следует участок 20 метров с уклоном 0,1% и т.д. Значения для участков и уклонов можно выразить не только в относительных значениях, но и в абсолютных значениях. Матрица преимущественно имеет векторное представление, но помимо этого она может иметь структуру указателей в виде пакета данных или т.п. Возможны и другие различные характеристики, например, радиус кривизны, дорожные знаки, различные препятствия и т.д.

После этапа А), участки в пределах горизонта размещаются в различные категории на этапе В), на котором вычисляют пороговые значения, по меньшей мере, для одной характеристики участков, согласно одному или более значениям, специфическим для транспортного средства, при этом пороговые значения служат в качестве границ для назначения участкам различных категорий. В примере, где характеристиками участков являются уклоны, вычисляются пороговые значения для их уклонов. Пороговые значения для рассматриваемой характеристики вычисляются, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, с помощью одного или более значений, специфических для транспортного средства, например, текущего передаточного числа, текущего веса транспортного средства, максимума кривой крутящего момента двигателя, механического трения и/или сопротивления движению транспортного средства при текущей скорости. Для оценки сопротивления движению при текущей скорости используется модель транспортного средства, действующая внутри системы управления. Передаточное число и максимальный крутящий момент являются известными величинами в системе управления транспортным средством, и вес транспортного средства оценивается в режиме реального времени.

Ниже приведены примеры пяти различных категорий, на которые можно распределить участки при использовании уклонов участков для принятия решений относительно управления транспортным средством:

Горизонтальная дорога: участок с уклоном 0%+допуск.

Крутой подъем: участок со слишком крутым уклоном для транспортного средства, чтобы поддерживать скорость на текущей передаче.

Пологий подъем: участок с уклоном между допуском и пороговым значением для резкого подъема.

Крутой спуск: участок с таким уклоном крутого ската, что транспортное средство ускоряется за счет уклона.

Пологий спуск: участок с нисходящим уклоном между отрицательным допуском и пороговым значением для резкого спуска.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, характеристики участков имеют свою длину и уклон, и размещение участков в категории, описанные выше, включает в себя вычисление пороговых значений в виде двух пороговых значений l_min и l_max уклонов, где l_min - минимальный уклон для транспортного средства, который будет ускоряться при спуске под уклон, и l_max - максимальный уклон, на котором транспортное средство может поддерживать скорость без переключения передачи на подъеме. Таким образом, транспортное средство можно отрегулировать в соответствии с уклоном и длиной дороги впереди него так, чтобы им можно было управлять при экономном потреблении топлива посредством системы круиз-контроля в холмистой местности. В другом варианте осуществления, характеристики участков представляют собой их длину и поперечное ускорение, и пороговые значения вычисляются в виде пороговых значений поперечного ускорения, которые классифицируют участки тем, насколько они вызвали поперечное ускорение. После этого выполняют регулировку числа оборотов двигателя с возможностью его привода в действие способом, подходящим для экономии топлива и безопасности дорожного движения по отношению к кривизне дороги, то есть любое уменьшение скорости перед изгибом выполняется по мере возможности без использования рабочих тормозов.

На следующем этапе С) способа, характеристики, в этом случае уклон, каждого участка сравнивают с вычисленными пороговыми значениями, и каждый участок размещают в категорию в зависимости от результатов сравнения.

Кроме того или в дополнение, возможна, например, подобная классификация по радиусу кривизны дороги, посредством чего изгибы можно классифицировать по тому, насколько они вызывают поперечное ускорение.

После размещения каждого участка в категорию в пределах горизонта, внутренний горизонт для системы управления можно построить на основании классификации участков и горизонта, содержащего для каждого участка предварительные скорости v_i, которым должна следовать система управления. Требуемое изменение скорости между двумя начальными скоростями v_i изменяется линейно для того, чтобы обеспечить значения v_ref уставки для системы управления, которая выполняет постепенное увеличение или уменьшение скорости транспортного средство. Линейное увеличение скорости приводит к вычислению постепенных изменений скорости, которые необходимо выполнить для того, чтобы достигнуть изменения скорости. Другими словами, линейное изменение приводит к линейному увеличению скорости. Предварительные скорости v_i, то есть значения уставки для систем управления транспортным средством, вычисляют на этапе D) в соответствии со способом, согласно настоящему изобретению, на всем протяжении горизонта в соответствии с правилами, которые относятся к категориям, в которые размещают участки в пределах горизонта. Все участки в пределах горизонта изменяются непрерывно на всем протяжении ступенчатым образом, и когда к горизонту добавляются новые участки, начальные скорости v_i регулируются в них при необходимости в пределах диапазона опорной скорости v_set транспортного средства. v_set является опорной скоростью, заданной водителем, и желательно, чтобы она поддерживалась системами управления транспортным средством в пределах диапазона при движении транспортного средства. Как описано ранее, диапазон ограничен двумя скоростями v_min и v_max, которые водитель может установить вручную или может быть установлена автоматически с помощью вычислений подходящих диапазонов, предпочтительно вычисленных в модуле регулирования. После этого транспортное средство регулируют на этапе Е), согласно значениям уставки, что в описываемом примере означает, что система круиз-контроля в транспортном средстве регулирует скорость транспортного средства в соответствии с значениями уставки.

Значения, специфические для транспортного средства, текущего передаточного числа, текущего веса транспортного средства, максимума кривой крутящего момента двигателя, механического трения и сопротивления движению транспортного средства на текущей скорости предпочтительно определяются в процессорном устройстве. Поэтому пороговые значения можно определить на основании состояния транспортного средства в текущий момент времени. Сигналы, необходимые для определения этих значений, можно получить из CAN или можно обнаружить с помощью подходящих датчиков.

Согласно варианту осуществления, характеристики участков представляют собой их длину и уклон, и процессорное устройство выполнено с возможностью вычисления пороговых значений в виде пороговых значений l_min и l_max уклона. Таким образом, скорость транспортного средства можно регулировать в соответствии с неровностями поверхности дороги вдоль маршрута для того, чтобы передвижение осуществлялось способом, экономичным с точки зрения использования топлива.

Согласно другому варианту осуществления, характеристики участков представляют собой их длину и поперечное ускорение, и процессорное устройство выполнено с возможностью вычисления пороговых значений в виде пороговых значений поперечного ускорения. Это означает, что скорость транспортного средства можно регулировать в соответствии с кривизной дороги впереди него, и скорость транспортного средства можно предварительно регулировать так, чтобы минимизировать ненужные операции торможения и увеличения скорости для того, чтобы сэкономить топливо.

Блок горизонта предпочтительно выполнен с возможностью постоянного определения горизонта до тех пор, пока горизонт не выйдет за пределы запланированного маршрута для транспортного средства, и процессорное устройство выполнено с возможностью постоянного выполнения этапов вычисления и обновления значений уставки для системы управления по всей длине внутреннего горизонта. Таким образом, в варианте осуществления построение горизонта выполняется постепенно по частям, когда транспортное средство передвигается вдоль маршрута. Значения уставки для системы управления вычисляются и обновляются непрерывно независимо от того, добавлены или нет новые участки, поскольку значения уставки, которые будут вычисляться, зависят также от того, как значения, специфические для транспортного средства, изменяются вдоль маршрута.

Поэтому различные правила для категорий участков регулируют так, как необходимо регулировать начальную скорость v_i для каждого участка. Если участок находится в категории "горизонтальная дорога", то на этом участке не произойдет изменения начальной скорости v_i. Управление транспортным средством, при котором удовлетворяются требования к комфорту, предусматривает использование уравнения Торричелли (Torricelli), представленное ниже для вычисления постоянного ускорения или замедления, которое должно применяться к транспортному средству:

где v_i - начальная скорость на участке, v_slut - скорость транспортного средства в конце участка, а - постоянная ускорения/замедления и s - длина участка.

Если участок находится в категории "крутой подъем" или "крутой спуск", окончательная скорость v_slut для участка прогнозируется путем решения уравнения (2), которое представлено ниже:

где

где Cd - коэффициент сопротивления воздуха, ρ - плотность воздуха, А - наибольшая площадь в поперечном сечении транспортного средства, F_track - сила, действующая от крутящего момента двигателя в направлении движения транспортного средства, F_roll - сила сопротивления качения, действующая на колеса транспортного средства, вычисленная с использованием модели сопротивления качения Мишелина (Michelin), F_α - сила, действующая на транспортное средство из-за уклона α участка, T_eng - крутящий момент двигателя, i_final - окончательная передача транспортного средства, i_gear - текущее передаточное число коробки передач, µ_gear - эффективность системы передачи, r_wheel - радиус колес транспортного средства, и m - вес транспортного средства.

На участках в категории "крутой подъем" окончательную скорость v_slut сравнивают затем с v_nin, и если v_slut<v_min, то v_i необходимо увеличить так, чтобы

В противном случае изменение v_i не происходит, поскольку v_slut удовлетворяет требованию нахождения в пределах диапазона для опорной скорости.

На участках в категории "крутой спуск" окончательная скорость v_slut сравнивается с v_max, и если v_slut<v_max, то v_i необходимо уменьшить так, чтобы

В противном случае изменение v_i не происходит, поскольку v_slut удовлетворяет требованию нахождения в пределах диапазона для опорной скорости.

Уравнение (1) Торичелли используется здесь снова для вычисления того, можно ли достигнуть v_slut с помощью начальной скорости v_i с учетом требования к комфорту, то есть с предопределенной максимальной постоянной ускорения/замедления. Если это невозможно выполнить из-за длины участка, то v_i увеличивается или уменьшается так, чтобы можно было удовлетворить требование к комфорту, то есть чтобы отсутствовало слишком сильное ускорение/замедление.

На участках в категории "пологий подъем", значение v_ref уставки может изменяться между v_min и v_set, когда добавляется новый участок, то есть v_min <v_ref <v_set. Если v_ref >v_min, то не выполняется ускорение транспортного средства. Однако, если v_ref<v_min, то v_ref применяется к v_min во время прохождения участка, или если v_ref>v_set, то v_ref нелинейно изменяется по направлению к v_set посредством уравнения (1). На участках в категории "пологий спуск" v_ref может изменяться между v_set и v_max, когда добавляется новый участок, то есть v_set <v_ref <v_max, и если v_ref <v_max, то не выполняется замедление транспортного средства. Однако, если v_ref>v_max, то v_ref применяется к v_max во время прохождения участка, или v_ref<v_set, то v_ref линейно изменяется по направлению к v_set посредством уравнения (1). Приведенные выше пять категорий участков можно упростить до трех путем удаления категорий "пологий подъем" и "пологий спуск". Категория "горизонтальная дорога" будет затем охватывать больший диапазон, ограниченный вычисленными пороговыми значениями l_min и l_max, то есть уклон на участке должен быть меньше чем l_min, если уклон является отрицательным, или больше чем l_max, если уклон является положительным.

Когда участок, который следует за участком в пределах горизонта, который находится в категории "пологий подъем" или "пологий спуск", вызывает изменение во входных скоростях на участках в этих категориях, это может означать, что входные скорости и, следовательно, заданные скорости для системы управления корректируются и становятся больше или меньше, чем те, которые показаны с помощью вышеупомянутых правил для категорий "пологий подъем" или "пологий спуск". Поэтому это применяется в случае, когда входные скорости на участках корректируются для обслуживания последующих участков.

Поэтому все требуемые изменения скорости линейно изменяются посредством уравнения (1) Торричелли так, чтобы они происходили в соответствии с требованиями к комфорту. Таким образом, общее правило заключается в том, чтобы не повышать заданную скорость v_ref на подъеме, поскольку любое возможное повышение скорости v_ref должно происходить перед началом движения вверх, если транспортным средством необходимо управлять рентабельным способом. По этой же самой причине заданную скорость v_ref не следует уменьшать на спуске, поскольку любое возможное уменьшение скорости v_ref должно происходить перед выполнением спуска.

За счет непрерывного ступенчатого изменения на протяжении всех участков в пределах горизонта, можно определить внутренний горизонт, который обеспечивает предсказанные начальные значения v_i для каждого участка. Согласно варианту осуществления, этап А) выполняют непрерывно до тех пор, пока горизонт не выйдет за пределы запланированного маршрута для транспортного средства, и этапы В)-Е) выполняют непрерывно по всей длине горизонта. Горизонт обновляется предпочтительно по частям и имеет, согласно варианту осуществления, ту же самую непрерывность при своем обновлении как на этапах В)-Е). Внутренний горизонт обновляется непрерывно, так как новые участки добавляются к горизонту, например, 2-3 раза в секунду. Непрерывное ступенчатое изменение на всем протяжении участков в пределах горизонта включает непрерывное постоянное вычисление начальных значений v_i для каждого участка, и вычисления начального значения v_i может привести к изменению начальных значений вперед по ходу движения и в обратном направлении в пределах внутреннего горизонта. Там, где, например, предсказанная скорость на участке выходит за пределы заданного диапазона, желательно корректировать скорость на предыдущих участках.

Фиг.3 изображает внутренний горизонт относительно маршрута. Внутренний горизонт непрерывно перемещается вперед, как показано ломаной линией внутреннего горизонта, который перемещается вперед. Фиг.4 изображает пример внутреннего горизонта, на котором различные участки размещены по категориям. На схеме "LR" обозначает "горизонтальную дорогу", "GU" - "пологий подъем", "SU" - крутой подъем, "SD" - "крутой спуск", и "GD" - "пологий спуск". Начальная скорость равна v₀, и если она не равна v_set, то значения уставки линейно изменяются от v₀ до v_set с учетом комфорта, согласно уравнению (1) Торричелли, так как используется категория "горизонтальная дорога". Следующий участок представляет собой "пологий подъем", и изменение v_ref не происходит до тех пор, пока v_min <v_ref <v_set, поскольку на этом участке не нужно применять ускорение. Следующий участок представляет собой "крутой подъем", поэтому окончательная скорость v₃ для него предсказана посредством формулы (2), поэтому v₂ должна быть увеличена, если v₃<v_min в соответствии с формулой (9). Следующий участок представляет собой "горизонтальную дорогу", поэтому v_ref изменяется по направлению к v_set с ограничением требования по комфорту, которое следует из уравнения (1) Торичелли. После этого следует участок, который представляет собой "крутой спуск", поэтому окончательная скорость v₅ предсказана посредством формулы (2), и v₄ должна быть уменьшена, если v₅>v_max, согласно формуле (10). Как только скорость изменяется в обратном направлении во внутреннем горизонте, оставшиеся скорости регулируются в обратном направлении во внутреннем горизонте для того, чтобы можно выполнить в дальнейшем изменение скорости вперед. При каждом изменении скорости, которое необходимо выполнить, способ, согласно настоящему изобретению, позволяет вычислить посредством уравнения (1) Торричелли то, можно ли добиться изменения скорости с помощью требования к комфорту. Если это нельзя выполнить, то входная скорость на участке регулируется так, чтобы можно было выполнить требования к комфорту.

Настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, которые описаны выше. Можно использовать различные альтернативы, модификации и эквиваленты. Поэтому вышеупомянутые варианты осуществления не ограничивают объем изобретения, который ограничен прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к модулю для определения значений уставки для систем управления транспортным средством. Модуль для определения значений v_ref уставки скорости для систем управления транспортным средством содержит блок ввода опорной скорости v_set; блок горизонта для определения горизонта посредством принятых данных позиционирования и картографических данных маршрута; процессорное устройство для вычисления v_ref, чтобы v_ref находилась в пределах диапазона, ограниченного v_min и v_max, где v_min<v_set<v_max. Процессорное устройство дополнительно определяет сигнал управления с параметрами управления для блока управления автоматическим переключением передач транспортного средства на основании одного или более значений, специфических для транспортного средства, и вычисленного значения v_ref уставки скорости на всем протяжении будущего горизонта. Решение направлено на определение значений уставки для систем управления в транспортном средстве. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Модуль для определения значений v_ref уставки скорости для систем управления транспортным средством, содержащий блок ввода, выполненный с возможностью ввода, например, водителем транспортного средства, опорной скорости v_set, которая является скоростью, которую желает водитель для транспортного средства, отличающийся тем, что он содержит
блок горизонта, выполненный с возможностью определения горизонта посредством принятых данных позиционирования и картографических данных маршрута, который состоит из участков дороги, по меньшей мере, с одной характеристикой для каждого участка;
процессорное устройство, выполненное с возможностью вычисления v_ref на всем протяжении горизонта, согласно правилам, имеющим отношение к категориям, на которые распределены участки в пределах горизонта, для того, чтобы v_ref находилась в пределах диапазона, ограниченного v_min и v_max, где v_min<v_set<v_max;
причем процессорное устройство дополнительно выполнено с возможностью определения сигнала управления с параметрами управления для блока управления автоматическим переключением передач транспортного средства на основании одного или более значений, специфических для транспортного средства, и вычисленного значения v_ref уставки скорости на всем протяжении будущего горизонта.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что процессорное устройство выполнено с возможностью вычисления нагрузки на двигатель и числа оборотов двигателя на всем протяжении будущего горизонта на основании одного или более значений, специфических для транспортного средства, причем вычисленные нагрузка на двигатель и/или число оборотов двигателя используются для определения упомянутого одного или более параметров управления.

3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что параметры управления включают один или более из следующего:
пределы числа оборотов двигателя для переключения передачи,
расстояние до вершины возвышенности,
средний уклон возвышенности.

4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что параметры управления включают один или более из следующего:
нижний предел числа оборотов двигателя для переключения на пониженную передачу;
флаг, показывающий, что не должно происходить переключение на повышенную передачу;
уклон текущего участка и оставшееся расстояние до участка, классифицированного как "пологий подъем", когда транспортное средство находится на участке, который классифицируется как "крутой подъем";
требуемую скорость при переходе к "пологому подъему", когда транспортное средство находится на участке, который классифицируется как "крутой подъем".

5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что процессорное устройство выполнено с возможностью вычисления пороговых значений для упомянутой, по меньшей мере, одной характеристики участков, согласно упомянутому одному или более значениям, специфическим для транспортного средства, пороговые значения которых служат в качестве границ для назначения участков различным категориям; сравнения, по меньшей мере, одной характеристики каждого участка с вычисленными пороговыми значениями и размещения каждого участка в категории, согласно результатам сравнений.

6. Модуль по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что значения, специфические для транспортного средства, определяются с помощью текущего передаточного числа, текущего веса транспортного средства, максимума кривой крутящего момента двигателя, механического трения и/или сопротивления движению транспортного средства на текущей скорости.

7. Модуль по п.1, отличающийся тем, что характеристики участков представляют их длину и уклон, и процессорное устройство выполнено с возможностью вычисления пороговых значений в виде пороговых значений l_min и l_max уклонов.

8. Модуль по п.1, отличающийся тем, что характеристики участков представляют собой их длину и уклон, а процессорное устройство выполнено с возможностью вычисления пороговых значений в виде пороговых значений поперечных ускорений.

9. Модуль по любому из пп.1-5 или 7-8, отличающийся тем, что данные позиционирования определяются с использованием GPS.

10. Модуль по п.6, отличающийся тем, что данные позиционирования определяются с использованием GPS.

11. Модуль по любому из пп.1-5, 7-8 или 10, отличающийся тем, что блок горизонта выполнен с возможностью непрерывного определения горизонта до тех пор, пока горизонт не выйдет за пределы запланированного маршрута для транспортного средства, при этом процессорное устройство выполнено с возможностью непрерывного выполнения этапов для вычисления и обновления значений уставки для системы управления по всей длине горизонта.

12. Модуль по п.6, отличающийся тем, что блок горизонта выполнен с возможностью непрерывного определения горизонта до тех пор, пока горизонт не выйдет за пределы запланированного маршрута для транспортного средства, при этом процессорное устройство выполнено с возможностью непрерывного выполнения этапов для вычисления и обновления значений уставки для системы управления по всей длине горизонта.

13. Модуль по п.9, отличающийся тем, что блок горизонта выполнен с возможностью непрерывного определения горизонта до тех пор, пока горизонт не выйдет за пределы запланированного маршрута для транспортного средства, при этом процессорное устройство выполнено с возможностью непрерывного выполнения этапов для вычисления и обновления значений уставки для системы управления по всей длине горизонта.