УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ (ВАРИАНТЫ)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель в общем относится к системам регулирования скорости транспортного средства, а конкретнее - к оптимизации эффективности использования энергии транспортного средства с регулированием скорости без заблаговременного знания фактических изменений уклона дороги вдоль маршрута передвижения или какого бы то ни было предварительного планирования маршрута.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Производители транспортных средств все время стараются минимизировать потребление энергии для приведения в движение транспортного средства (например, доводя до максимума расстояние, пройденное на единицу бензина для бензинового двигателя или единицу электрического заряда для транспортного средства с электрическим приводом). Значительные влияния на эффективность оказывают скорость, с которой движется транспортное средство, изменения уклона дороги на маршруте движения и условия дорожного движения. Системы автоматического регулирования скорости (то есть круиз-контроль) могут иметь благотворное влияние на экономию топлива посредством сокращения времени разгона транспортного средства, особенно во время вождения по автомагистрали. Поддержание единой регулировки скорости во время уклонов дороги вверх по склону и вниз по склону, однако, расходует большее количество топлива, чем если транспортному средству предоставлена возможность осуществлять изменение, для того чтобы использовать в своих интересах изменения уклона дороги для оптимизации расхода топлива. Если предстоящие изменения уклона дороги известны заблаговременно (к примеру, из основанных на GPS карт и заблаговременной прокладки маршрута), то временные отклонения могут привноситься в регулировку скорости, которые соответствующим образом улучшают потребление энергии. Однако требования к навигационным GPS-устройствам и необходимым данным устанавливаемых на транспортном средстве карт, вычислительные требования и/или требования к удаленной передачи данных для определения таких отклонений в реальном времени на борту транспортного средства представляют собой значительные затраты или могут быть недоступны в некоторых зонах. Поэтому было бы желательно уменьшить такие требования для определения надлежащих отклонений скорости.
Документ Kolmanovsky et al., Terrain and Traffic Optimized Vehicle Speed Control, 6th IFAC Symposium Advances in Automotive Control, Munich, July 2010 (Колмановский и другие, «Оптимизированное для местности и движения регулирование скорости транспортного средства» 6-ой симпозиум IFAC, «Успехи в развитии автомобильного управления», Мюнхен, июль 2010 года), который включен в материалы настоящей заявки посредством ссылки, описывает вывод стратегии управления для использования транспортным средством в конкретном географическом районе для наилучших в среднем эксплуатационных качеств без заблаговременного знания маршрута, по которому происходит движение, или приближающегося фактического предстоящего уклона дороги. Стратегия управления предписывает заданное значение скорости транспортного средства для достижения оптимального компромисса между ожидаемой средней экономией топлива и ожидаемой средней скоростью передвижения. Свойства местности и движения транспорта (например, условия вождения) объединяются в качестве матриц вероятностей переходов (TPM) модели марковской цепи. Программирование стохастической динамики формирует стратегию управления автономно (то есть вне транспортного средства во время фазы проектирования транспортного средства с использованием независимого определения характеристик местности), которая затем загружается в транспортное средство для использования, когда оно ведется в соответствующем районе.
Документ McDonough et al., «Modeling of Vehicle Driving Conditions Using Transition Probability Models», 2011 IEEE "Multi-Conference on Control Applications, Denver, September 2011, (Мак-Донау и другие, «Моделирование условий вождения транспортного средства с использованием моделей вероятностей переходов», Многоцелевая конференция по применениям регуляторов 2011 IEEE 2011, Денвер, Сентябрь 2011 года), который включен в материалы настоящей заявки посредством ссылки, раскрывает использованием дивергенции Куллбака-Лейбелера (KL) между матрицами вероятностей переходов марковской модели для проведения различия между сходными или несходными условиями вождения. На основании TPM, соответствующей текущим условиям вождения транспортного средства, дивергенция KL могла бы использоваться для интерполяции стратегий управления, разработанной для дискретного набора типичных циклов вождения для адаптации работы трансмиссии транспортного средства под условия местности и движения транспорта.
Известна международная заявка WO 2011/075068, SKANIA SV АВ (SE), опубликованная 23.06.2011, на СПОСОБ И СИСТЕМА ВОЖДЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА», в которой раскрывается способ вождения транспортного средства, в котором коробка передач, присоединенная к двигателю внутреннего сгорания, выполнена с возможностью установки на различные другие передаточные числа и допускает установку на низкое передаточное число, при котором обороты двигателя ниже оборотов, при которых для низкого передаточного числа достигается горизонтальный участок кривой крутящего момента, причем транспортное средство выполнено с возможностью вождения в первом режиме и втором режиме при низком передаточном числе, так что в первом режиме вождение транспортного средства осуществляют без подачи топлива на указанный двигатель, а во втором режиме указанный двигатель обеспечивают подачей топлива для создания движущей силы для приведения транспортного средства в движение, причем способ включает этапы, на которых используют средство определения для определения, следует ли вести транспортное средство при низком передаточном числе, при котором обороты двигателя ниже оборотов, при которых для низкого передаточного числа достигается горизонтальный участок кривой крутящего момента, согласно первому режиму или второму режиму, на основании необходимости в движущей силе. Общими признаками заявленной полезной модели и известного технического решения является наличие регулятора скорости для настройки трансмиссии транспортного средства. Однако в данном решении для регулировки трансмиссии не используется оценка плотности движения транспорта, что не позволяет оптимальным образом регулировать скорость транспортного средства.
Общим недостатком решений уровня техники является то, что если стратегия управления позволяет получать высокий уровень улучшения эффективности, то колебания скорости транспортного средства могут быть достаточно большими, чтобы оказывать отрицательное влияние на окружающий транспортный поток. Выше определенной плотности движения транспорта, реакции других транспортных средств на колебания основного транспортного средства могут повышать вероятность общих замедлений, которые оказывают отрицательное влияние на экономию топлива всех транспортных средств (в том числе основного транспортного средства).
Настоящая полезная модель также применима к другим системам или стратегиям управления, которые пытаются оптимизировать потребление энергии или другие параметры транспортного средства посредством изменения скорости транспортного средства на основании иных соображений, чем уклон дороги. Такие другие системы могут включать в себя ритмичное и плавное движение, динамическое программирование или эвристические подходы.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Настоящая полезная модель предусматривает систему регулирования скорости, которая минимизирует влияние на окружающее движение транспорта наряду с попыткой достигать наилучшей возможной экономии топлива. Система регулирования скорости является конфигурируемой для принятия либо постоянного заданного значения скорости (например, круиз-контроль или адаптивный круиз-контроль) или переменного заданного значения скорости на основании стратегии управления (далее указываемой в материалах настоящей заявки как системы эффективной крейсерской скорости). В условиях интенсивного движения транспорта система эффективной крейсерской скорости должна приостанавливать систему регулирования постоянной скорости (в которой амплитуда изменений скорости имеет значение ноль или очень мала) или адаптивный круиз-контроль, чтобы поддерживать предварительно выбранное расстояние следования до автомобилей впереди, тем самым минимизируя воздействие на скорость окружающего транспорта. Для условий от движения транспорта с малой интенсивностью вплоть до интенсивного движения транспорта система перенимает относительную пропорцию отклонений скорости, рекомендованных стратегией управления, которая действует от максимального значения при уменьшении движения транспорта до нуля (то есть постоянный круиз-контроль) при интенсивном движении транспорта. Когда обнаруживается отсутствие окружающего движения транспорта (например, отсутствует переднее транспортное средство), система использует отклонения от немодифицированной стратегии управления. Таким образом, система минимизирует свое отрицательное влияние на непрерывность общего транспортного потока, а также какой бы то ни было отрицательный вклад в пониженную эффективность использования топлива окружающего движения транспорта, оба из которых могли бы происходить, если бы вызывались колебания скорости окружающих транспортных средств выше испытываемых в условиях нормального транспортного потока.
В одном аспекте полезной модели раскрывается устройство транспортного средства, содержащее регулятор скорости для настройки трансмиссии транспортного средства у транспортного средства в ответ на заданное значение скорости; блок оценки плотности движения транспорта для определения плотности движения транспорта, проезжающего по проезжей части дороги поблизости от транспортного средства; и оптимизатор для выполнения выбранной стратегии управления, чтобы периодически формировать корректировки скорости для применения к заданному значению скорости, чтобы эксплуатировать трансмиссию транспортного средства с повышенной эффективностью, при этом стратегия управления основана на функции ценности, выдающей оптимизированное решение для стоимостной модели, чтобы формировать начальное отклонение скорости, при этом оптимизатор уменьшает начальное отклонение скорости пропорционально определенной интенсивности движения транспорта, чтобы формировать корректировки скорости.
В дополнительных аспектах раскрывается, что устройство дополнительно содержит блок оценки уклона для определения уклона дороги проезжей части дороги, где проезжает транспортное средство; при этом функция ценности стоимостной модели дает оптимизированное решение в ответ на определенный уклон дороги, чтобы формировать начальное отклонение скорости; оптимизатор сравнивает плотность движения транспорта с пороговым значением интенсивного движения транспорта, и при этом заданное значение скорости не модифицируется оптимизатором, если плотность движения транспорта является большей, чем пороговое значение интенсивного движения транспорта; оптимизатор сравнивает плотность движения транспорта с пороговым значением движения транспорта с малой интенсивностью, и при этом начальное отклонение скорости не уменьшается оптимизатором, если плотность движения транспорта является меньшей, чем пороговое значение движения транспорта с малой интенсивностью; оптимизатор сравнивает плотность движения транспорта с пороговым значением движения транспорта с малой интенсивностью и пороговым значением интенсивного движения транспорта, и при этом начальное отклонение скорости уменьшается пропорционально ступенчатым образом, когда плотность движения транспорта находится между пороговым значением движения транспорта с малой интенсивностью пороговым значением интенсивного движения транспорта; оптимизатор выбирает коэффициент усиления в ответ на плотность движения транспорта для пропорционального уменьшения начального отклонения скорости; оптимизатор выбирает предел отклонения в ответ на плотность движения транспорта, и при этом начальное отклонение скорости пропорционально уменьшается посредством фиксации на выбранном пределе отклонения.
В другом аспекте полезной модели раскрывается устройство транспортного средства, содержащее регулятор скорости транспортного средства, отслеживающий заданное значение скорости; блок оценки плотности движения транспорта, определяющий плотность движения транспорта; и оптимизатор для выполнения стратегии управления, чтобы периодически формировать корректировки скорости к заданному значению скорости, чтобы оптимизировать работу транспортного средства, при этом оптимизатор уменьшает корректировки скорости пропорционально определенной плотности движения транспорта, чтобы избегать столкновений с другими транспортными средствами.
В другом аспекте полезной модели устройство транспортного средства содержит регулятор скорости для настройки трансмиссии транспортного средства в ответ на заданное значение скорости. Блок оценки уклона определяет уклон дороги проезжей части дороги, где проезжает транспортное средство. Блок оценки плотности движения транспорта определяет плотность движения транспорта, проезжающего по проезжей части дороги поблизости от транспортного средства. Оптимизатор выполняет выбранную стратегию управления, чтобы периодически формировать корректировки скорости для применения к заданному значению скорости, чтобы эксплуатировать трансмиссию транспортного средства с повышенной эффективностью. Стратегия управления основана на функции ценности, обеспечивающей оптимизированное решение для стоимостной модели в ответ на определенный уклон дороги, для формирования начального отклонения скорости. Оптимизатор уменьшает начальное отклонение скорости пропорционально определенной плотности потока движения, чтобы формировать корректировки скорости.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - структурная схема устройства транспортного средства согласно полезной модели.
Фиг. 2 - схема, показывающая проезжую часть, пропускающую движение транспорта вокруг основного транспортного средства.
Фиг. 3 - структурная схема, показывающая базовый процесс моделирования, лежащий в основе полезной модели.
Фиг. 4 - структурная схема, показывающая модификацию отклонения скорости, сформированного стратегией управления.
Фиг. 5 - график, показывающий ступенчатое уменьшение на основании плотности движения транспорта.
Фиг. 6 - график, показывающий модифицированные отклонения скорости, определенные с использованием коэффициента усиления.
Фиг. 7 - график, показывающий модифицированные отклонения скорости, определенные с использованием предела фиксации.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Далее со ссылкой на фиг. 1 устройство 10 транспортного средства включает в себя различные компоненты для реализации системы сообщения о состоянии и/или регулирования скорости для достижения улучшенной экономии топлива. Датчики и блок 11 сбора данных используют обычно имеющиеся в распоряжении устройства и межкомпонентные соединения для восполнения и передачи различных элементов информации, как описано ниже. Блок 12 является блоком оценки уклона дороги и скорости/движения транспорта, который определяет характеристики текущих условий вождения транспортного средства для использования вычислителем 13 заданного значения скорости (то есть оптимизатором). Уклон дороги может определяться посредством GPS-измерений вместе с базой данных карт посредством использования других датчиков, таких как уклономер или датчик наклона, или рассчитываться по измерениям акселерометра, или посредством его оценки по другим, обычно имеющимся в распоряжении данным транспортного средства, к примеру, по информации о нагрузке и скорости транспортного средства, выдаваемой стратегией управления трансмиссии. Скорость или плотность окружающего движения транспорта может измеряться с использованием радара или камеры, которые могут быть предусмотрены в качестве части системы адаптивного круиз-контроля или диалоговой системы управления транспортным средством или может получаться из внешнего источника информации, например, через беспроводную сеть передачи данных. Вычислитель 13 реализует стратегию управления, которая определяет периодические изменения заданного значения скорости, которые передаются в блок 14 адаптивного круиз-контроля. Блок 14 сравнивает фактическую скорость транспортного средства с заданным значением скорости и отправляет соответствующие команды в регулятор 15 дросселя.
Фиг. 2 изображает дорожную ситуацию, в которой основное транспортное средство 10 передвигается по проезжей части 16 дороги за передним транспортным средством 17 и в присутствии другого движения 18 транспорта. В традиционном неадаптивном круиз-контроле транспортное средство 10 может придерживаться определенного водителем заданного значения скорости до тех пор, пока оно не выведено из работы водителем. В адаптивном круиз-контроле транспортное средство 10 может обнаруживать присутствие транспортного средства 17, а затем уменьшать заданное значение скорости, чтобы предотвращать близкое приближение к переднему транспортному средству 17. При любом типе традиционного круиз-контроля конкретное заданное значение скорости может отслеживаться безотносительно оптимизации экономии топлива, которая находится под влиянием изменений уклона дороги и/или условий движения транспорта, в то время как движется транспортное средство.
Фиг. 3 показывает подход к управлению транспортным средством, в котором может формироваться оптимизированный профиль скорости, который улучшает эффективность использования топлива. Подход известен в качестве стохастического оптимального регулирования, который применяет стохастическое динамическое программирование (SDP) к моделям расхода топлива, времени и расстояния проезда и различных условий уклона и движения транспорта, которые оказывают влияние на эффективность, время и расстояние. Таким образом, на этапе 20 модель вероятностей переходов создается в качестве определения характеристик предсказуемых шаблонов скорости движения транспорта и уклона дороги для конкретного района. Модели расхода топлива (например, для конкретной марки/модели транспортного средства) и время проезда для достижения пункта назначения строятся на этапе 21 на основании уклона дороги, условий движения транспорта и/или скорости. С использованием стохастического динамического программирования (SDP) модели комбинируются, и рассчитывается оптимальная стратегия управления, которая может управлять заданным значением скорости, для того чтобы получать наилучшую среднюю рабочую характеристику эффективности использования топлива и времени передвижения. На основании стратегии управления система управления транспортного средства может либо извещать водителя о рекомендованных изменениях скорости, либо выполнять автоматическое управление заданным значением скорости системы круиз-контроля.
Преимущество этого подхода состоит в том, что он не предполагает заблаговременного знания маршрута, который должен проезжаться, а только что транспортное средство движется в конкретном географическом районе. Цель состоит в том, чтобы определять стратегию управления, которая, с одной стороны, реагирует только на текущие условия эксплуатации (как имеет место для традиционной стратегии управления трансмиссией), но, с другой стороны, дает в среднем наилучшие рабочие характеристики при частом передвижении в этом районе. Другими словами, требуется заданное значение скорости транспортного средства, которое добивается оптимального компромисса между ожидаемой средней экономией топлива и ожидаемой средней скоростью передвижения. В этом подходе, как описано в документах Колмановского и Мак-Донау, приведенных выше, свойства местности и движения транспорта района характеризуются вероятностями переходов марковской цепи.
Как показано на фиг. 4, оптимизатор согласно настоящей полезной модели включает в себя блок 25 расчета стратегии управления, принимающий различные входные переменные, такие как текущее заданное значение скорости, текущий уклон дороги, скорость движения транспорта, ускорение основного транспортного средства и расстояние следования движения транспорта, чтобы формировать начальное отклонение скорости, которое привязано к модификатору 26. Начальное отклонение может выводиться, как раскрыто в одновременно рассматриваемой заявке с номером 83341069, которая предпринимает попытку оптимизировать экономию топлива безотносительно каких бы то ни было воздействий на окружающее движение транспорта. Модификатор 26 уменьшает начальное отклонение скорости пропорционально определенной плотности движения транспорта, чтобы формировать следующее отклонение скорости пропорционально плотности движения транспорта. Плотность движения транспорта может определяться согласно непрерывной шкале или может классифицироваться согласно дискретным категориям (которые могут зависеть от конкретного способа для получения плотности движения транспорта). Плотность движения транспорта может оцениваться с использованием бортовых датчиков, таких как радар, лидар и оптические камеры, которые уже могут иметься в распоряжении на транспортном средстве в качестве части других систем, таких как системы содействия заднему ходу, адаптивный круиз-контроль, предупреждения о движении, пересекающем движение транспорта, содействие соблюдению полосы движения, предупреждение столкновений и контроль «слепых» участков обзора. В дополнение к внешним источникам, которые контролируют условия движения транспорта, можно обращаться через различные каналы связи, такие как системы связи между транспортными средствами, соединение сети Интернет и спутниковые/навигационные системы.
Фиг. 5 графически изображает ступенчатое уменьшение для изменения каждого начального отклонения скорости согласно дискретным уровням плотности движения транспорта. Когда применяется коэффициент усиления, максимальное усиление, равное единице, перенимается при отсутствии движения транспорта или движении с малой интенсивностью. Для каждого последовательно большего диапазона плотности движения транспорта относительное усиление, применяемое к отклонению скорости, уменьшается шагами до тех пор, пока усиление ноль не применяется для высокой плотности движения транспорта. Если применяется абсолютный предел (например, фиксация значений начального отклонения), применяемый предел действует от максимального значения при движении транспорта с малой интенсивностью и ступенчато уменьшается до минимального или нулевого значения для интенсивного движения транспорта.
Фиг. 6 иллюстрирует отклонение скорости, которое модифицируется с использованием коэффициента усиления. Кривая 30 графически изображает меняющееся значение начального отклонения скорости, вырабатываемого стратегией регулирования (то есть изменений, которые должны быть произведены на заданном значении скорости, которые оптимизировали бы потребление энергии). В условиях средней плотности движения между движением транспорта с малой интенсивностью и интенсивным движением транспорта средний коэффициент усиления выбирается, а затем используется для модификации начальных отклонений скорости. Таким образом, меньшие отклонения скорости выполняются регулятором скорости, как представлено пунктирной линией 31.
Фиг. 7 представляет альтернативный вариант осуществления, в котором выбранный предел отсечки применяется к начальному отклонению, представленному кривой 30. Таким образом, применяемое отклонение скорости фиксируется на максимальном значении на 32 или минимальном значении на 33, для того чтобы уменьшать какие бы то ни было нарушения других транспортных средств поблизости, стремящихся продолжать движение на постоянной скорости.
Фиг. 8 показывает предпочтительный способ согласно полезной модели, который начинается проверкой на этапе 35, чтобы определять, ввел ли водитель в действие функцию круиз-контроля. Если нет, то система ожидает до тех пор, пока круиз-контроль не включен, на этапе 35. Как только круиз-контроль введен в действие, проверка выполняется на этапе 36, чтобы определять, была ли разрешена функция эффективной крейсерской скорости. Если нет, то предполагается, что водитель подразумевает эксплуатацию на постоянной скорости вместо стремления оптимизировать экономию топлива. Поэтому функция стандартного фиксированного круиз-контроля или адаптивного круиз-контроля выполняется на этапе 37 согласно постоянному заданному значению скорости. На основании постоянного заданного значения переменные трансмиссии обновляются на этапе 38 традиционным образом для поддержания постоянного заданного значения (которое может модифицироваться адаптивным круиз-контролем в присутствии препятствующих транспортных средств). После этого возврат выполняется на этапе 39.
В случае если функция поддержания эффективной крейсерской скорости включена на этапе 36, то локальная оценка плотности движения транспорта получается на этапе 40. На этапе 41 выполняется проверка транспорта, чтобы определять, идентифицирует ли оценка плотности движения присутствие интенсивного движения транспорта. Если так, то функция стандартного фиксированного круиз-контроля или адаптивного круиз-контроля выполняется на этапе 37. Если движение транспорта не является интенсивным, то выполняется проверка на этапе 42, чтобы определить, присутствует ли условие отсутствия движения транспорта или низкой плотности движения транспорта. Если так, то препятствие другому транспортному потоку не является проблемой, и автоматическое поддержание эффективной крейсерской скорости выполняется с использованием полных отклонений на этапе 43. На основании таких отклонений переменные трансмиссии обновляются на этапе 38.
Если оценка плотности движения транспорта не указывает низкое или отсутствие движения транспорта на этапе 42, то присутствует средняя плотность движения транспорта. В ответ управление с эффективной крейсерской скоростью выполняется на этапе 44 с уменьшенными отклонениями. Предпочтительно оценка плотности движения транспорта представляет собой множество значений или диапазонов между низким и интенсивным движением транспорта, и уменьшение начального отклонения скорости от стратегии управления снижается ступенчатым образом согласно величине оценки плотности движения транспорта.