СПОСОБ И МОДУЛЬ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD AND MODULE FOR VEHICLE SPEED CONTROL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и к модулю для управления скоростью транспортного средства на основании его спрогнозированной скорости согласно вводной части независимых пунктов формулы изобретения.
Уровень техники изобретения
Современные традиционные системы автоматического поддержания скорости (круиз-контроля) поддерживают постоянную опорную скорость, которую обычно устанавливает водитель. Значение опорной скорости изменяется только тогда, когда сам водитель регулирует ее при вождении. Опорная скорость затем передается системе управления, которая управляет транспортным средством так, чтобы транспортное средство поддерживало опорную скорость, если это возможно. Если транспортное средство оснащено автоматической системой переключения передач, то ее передачи изменяются, чтобы транспортное средство могло поддерживать желательную скорость.
Когда система автоматического поддержания скорости используется на холмистой местности, то система автоматического поддержания скорости пытается поддерживать установленную скорость как на подъеме, так и на спуске. Это иногда приводит к ускорению транспортного средства после переезда через вершину холма и, возможно, при последующем спуске, на котором оно затем должно затормозиться во избежание превышения установленной скорости, что является неэкономичным с точки зрения расхода топлива способом эксплуатации транспортного средства. Даже в тех случаях, когда транспортное средство не ускоряется после переезда через вершину, само собой разумеется, что может потребоваться его торможение на спуске во избежание превышения установленной скорости.
Для уменьшения расхода топлива, в частности, на холмистых дорогах были разработаны экономичные системы автоматического поддержания скорости, такие как, например, система Ecocruise фирмы «Скания» (Scania). Система автоматического поддержания скорости пытается оценить текущую скорость транспортного средства и также имеет сведения о предыстории сопротивления движению. Экономичная система автоматического поддержания скорости также может быть обеспечена картографическими данными с топографической информацией. В этом случае определяют местоположение транспортного средства на карте, например, посредством Глобальной системы определения местоположения (GPS), и оценивают сопротивление движению впереди по маршруту. Таким образом, опорная скорость транспортного средства может быть оптимизирована для различных типов дороги для экономии топлива.
Пример системы автоматического поддержания скорости, в которой используют топографическую информацию, описан в документе, озаглавленном «Explicit use of road topography for model predictive cruise control in heavy trucks», Erik Hellström, ISRN: LiTH-ISY-EX-05/3660-SE. Здесь автоматическое поддержание скорости реализовано на основе оптимизации в реальном масштабе времени и для определения критериев оптимизации использована функция стоимости. Производят вычисление и оценку большого количества различных решений и используют решение, приводящее к наименьшей стоимости. Значительное количество задействованных вычислений вызывает необходимость использования для этой цели процессора с соответственно большой производительностью.
В других формах системы автоматического поддержания скорости количество возможных решений сокращают за счет того, что вместо этого выбрано выполнение итераций из одного решения вдоль запланированного пути транспортного средства. Однако топография проезжей части, масса транспортного средства и рабочие характеристики двигателя могут приводить к расхождениям относительно требуемой производительности процессора для определения опорной скорости. Например, в случае тяжелогруженого грузовика с умеренно высокой мощностью двигателя, движущегося по холмистой дороге, требуется больше вычислений, чем в случае легкогруженого грузовика с высокой мощностью двигателя, движущегося по относительно ровной дороге. Это объясняется тем, что в первом случае грузовик, вероятно, ускоряется на каждом спуске и замедляется на каждом подъеме, тогда как во втором случае грузовик будет двигаться почти равномерно.
Следовательно, к процессору, входящему в состав системы, предъявляются относительно высокие требования, поскольку нагрузка на процессор может сильно изменяться в зависимости от ситуации. Например, его производительность должна быть достаточно высокой для того, чтобы быстро справиться с теми ситуациями, когда необходимо выполнить большое количество вычислений. Следовательно, она должна быть рассчитана так, чтобы справиться с такими ситуациями, несмотря на то что они возникают лишь в течение ограниченной доли используемого времени процессора.
В диссертации Андерса Фреберга, озаглавленной «Efficient Simulation and Optimal Control for Vehicle Propulsion», Anders Fröberg, Linköping 2008, описано то, как моделируют различные стратегии управления для того, чтобы добиться оптимального профиля скорости, расхода топлива и времени пробега на секции запланированного пути. Это сопровождается оценкой того, какая стратегия управления является наиболее предпочтительной, на основании функции стоимости с параметром λ, который указывает, насколько важным является время пробега. Однако этот параметр зависит от массы транспортного средства, если желательным является достижение одинакового соотношения между снижением расхода топлива и увеличением времени пробега. Кроме того, не учитываются требования, предъявляемые к комфорту.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить такую усовершенствованную систему для управления скоростью транспортного средства, чтобы можно было минимизировать объем используемого топлива, и, в частности, таким образом, чтобы нагрузка на процессор стала меньшей и более равномерной. Еще одна задача настоящего изобретения состоит в обеспечении способности установления системы автоматического поддержания скорости, чтобы можно было выбрать определение приоритетов меньшего объема топлива или более короткого времени пробега.
Сущность изобретения
По меньшей мере, одна из вышеупомянутых задач достигнута посредством способа для управления скоростью транспортного средства, который содержит этапы, на которых:
set
- принимают желательную скорость v для транспортного средства;
- посредством картографических данных и данных местоположения определяют горизонт для запланированного пути, который составлен из сегментов маршрута, по меньшей мере, с одной характеристикой для каждого сегмента;
- во время каждого из некоторого количества циклов (s) моделирования, каждый из которых содержит некоторое количество N шагов моделирования, выполняемых с предопределенной частотой f, осуществляют следующее:
pred_cc
set
- делают первое прогнозирование скорости v транспортного средства по горизонту с использованием обычной системы автоматического поддержания скорости, когда в качестве опорной скорости подана v, причем прогнозирование зависит от характеристик упомянутого сегмента;
pred_cc
min
max
- сравнивают спрогнозированную скорость v транспортного средства с v и v, которые ограничивают диапазон, в пределах которого запланирована скорость транспортного средства;
pred_Tnew
- делают второе прогнозирование скорости v транспортного средства по горизонту, когда крутящий момент T двигателя транспортного средства зависит от результата упомянутого сравнения в последнем предыдущем цикле (s-1) моделирования;
pred_Tnew
- определяют по меньшей мере одно опорное значение, которое на основании по меньшей мере одного из упомянутых сравнений в этом цикле (s) моделирования и спрогнозированной скорости v транспортного средства указывает, как следует воздействовать на скорость транспортного средства;
- отправляют системе управления в транспортном средстве упомянутое по меньшей мере одно опорное значение, относительно которого затем регулируют транспортное средство.
set
Согласно другому аспекту эта задача или задачи достигнуты посредством модуля для управления скоростью транспортного средства, который содержит блок ввода, приспособленный для получения желательной скорости v для транспортного средства, блок горизонта, приспособленный для определения, посредством картографических данных и данных местоположения, горизонта для запланированного пути, который составлен из сегментов маршрута, по меньшей мере, с одной характеристикой для каждого сегмента, и вычислительный блок, приспособленный для осуществления следующего: во время каждого из некоторого количества циклов (s) моделирования, каждый из которых содержит некоторое количество N шагов моделирования, выполняемых с предопределенной частотой f;
pred_cc
set
- делают первое прогнозирование скорости v транспортного средства по горизонту с использованием обычной системы автоматического поддержания скорости, когда в качестве опорной скорости подана v, причем прогнозирование зависит от характеристик упомянутого сегмента;
pred_cc
min
max
- сравнивают спрогнозированную скорость v транспортного средства с v и v, которые ограничивают диапазон, в пределах которого запланирована скорость транспортного средства;
pred_Tnew
- делают второе прогнозирование скорости v транспортного средства по горизонту, когда крутящий момент T двигателя транспортного средства зависит от результата упомянутого сравнения в последнем предыдущем цикле (s-1) моделирования;
pred_Tnew
- определяют по меньшей мере одно опорное значение, которое указывает, как на основании по меньшей мере одного из упомянутых сравнений в этом цикле (s) моделирования и спрогнозированной скорости v транспортного средства следует воздействовать на скорость транспортного средства. Этот модуль дополнительно приспособлен для отправки системе управления в транспортном средстве упомянутого по меньшей мере одного опорного значения, относительно которого затем регулируют транспортное средство.
Описанный способ приводит, по существу, к постоянной нагрузке на процессор, поскольку во время каждого цикла моделирования делают одинаковое количество прогнозирований с постоянной частотой. Нагрузка на процессор не зависит от выходной мощности двигателя транспортного средства, от массы транспортного средства и от топографии маршрута. Таким образом, рассматриваемый процессор имеет сведения о том, какая производительность процессора будет необходима, которую, следовательно, сообразно выделяют. Таким образом, нагрузка на процессор будет одинаковой в различных ситуациях при изменяющейся топологии и не будет зависеть от крутящего момента двигателя транспортного средства. Таким образом, производительность рассматриваемого процессора также может быть рассчитана без необходимости учета каких-либо экстремальных наихудших сценариев, а наоборот, с учетом равномерной нагрузки на процессор. Следовательно, может быть уменьшена стоимость процессора. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения изменения скорости впереди по горизонту прогнозируют только для двух различных режимов вождения транспортного средства, что приводит к относительно малой нагрузке на процессор.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения выбор опорного значения основан на функции стоимости, которая задает весовые коэффициенты (параметры) уменьшения энергии и увеличения по времени пробега по сравнению с традиционной системой автоматического поддержания скорости. В этом случае весовой параметр очень слабо зависит от массы транспортного средства, от протяженности поездки и от типа двигателя, что упрощает вычисления.
В отличие от традиционной системы автоматического поддержания скорости при выборе того, какую стратегию управления следует оценивать, имеется возможность учета, например, коэффициента полезного действия двигателя и комфорта вождения/дорожных качеств автомобиля.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения и в подробном описании.
Краткое описание приложенных чертежей
Ниже приведено описание изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых изображено следующее:
На фиг.1 изображен модуль согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 изображена схема последовательности операций способа согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг.3 проиллюстрирована спрогнозированная скорость во время цикла моделирования согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг.4 проиллюстрировано некоторое количество циклов моделирования согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг.5 проиллюстрированы спрогнозированные скорости транспортного средства согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг.6 проиллюстрированы различные конечные скорости для различных прогнозов скорости транспортного средства.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
set
set
На фиг.1 изображен модуль для управления скоростью транспортного средства согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Этот модуль содержит блок ввода, приспособленный для получения желательной скорости v для транспортного средства. Водитель может, например, устанавливать желательную скорость v, которую поддерживало бы транспортное средство по его или ее желанию. Этот модуль также содержит блок горизонта, приспособленный для определения горизонта для запланированного пути посредством картографических данных и данных местоположения. Горизонт составлен из сегментов маршрута, по меньшей мере, с одной характеристикой для каждого сегмента. Примером характеристик сегмента может являться его уклон α в радианах.
В описании настоящего изобретения указана Глобальная система определения местоположения (GPS) для определения данных местоположения для транспортного средства, но следует понимать, что также возможны глобальные или региональные системы определения местоположения иных типов для предоставления в транспортное средство данных местоположения, например системы, в которых для определения местоположения транспортного средства используют радиоприемник. В транспортном средстве также могут использоваться датчики для сканирования окрестностей и для определения посредством этого его местоположения.
На фиг.1 проиллюстрировано то, как модуль воспринимает информацию о запланированном пути посредством карт (картографических данных) и GPS (данных местоположения). Путь побитово подают в модуль, например, через CAN. Модуль может являться отдельным от или формировать часть системы или систем управления, которые должны использовать опорные значения для регулирования. Примером системы управления является система управления двигателем транспортного средства. В альтернативном варианте карта и блок системы позиционирования также могут являться частью системы, которая должна использовать опорные значения для регулирования. В модуле эти биты собирают вместе в блоке горизонта для формирования горизонта и обрабатывают процессором для создания внутреннего горизонта, относительно которого система управления может выполнять регулирование. Горизонт затем непрерывно дополняется новыми битами из GPS и блока картографических данных для поддержания желательной длины горизонта. Таким образом, горизонт непрерывно обновляют, когда транспортное средство находится в движении.
CAN (локальная сеть контроллеров) представляет собой систему последовательной шины, специально разработанную для использования в транспортных средствах. Шина данных CAN обеспечивает возможность обмена цифровыми данными между датчиками, регулирующими компонентами, приводами, управляющими устройствами и т.д. и обеспечивает возможность доступа двух или более управляющих устройств к сигналам от заданного датчика для использования их впоследствии для компонентов системы управления, соединенных с ними.
pred
cc
set
pred
cc
min
max
pred_Tnew
pred_Tnew
Модуль также содержит вычислительный блок, приспособленный для того, чтобы во время каждого из некоторого количества циклов (s) моделирования, каждый из которых содержит некоторое количество N шагов моделирования, выполняемых с предопределенной частотой f, сделать первое прогнозирование скорости v_ транспортного средства по горизонту с использованием обычной системы автоматического поддержания скорости, когда в качестве опорной скорости подана v, причем прогнозирование зависит от характеристик упомянутого сегмента. Вычисленную скорость v_ транспортного средства сравнивают с v и v, которые ограничивают диапазон, в пределах которого запланирована скорость транспортного средства, и делают второе прогнозирование скорости v транспортного средства по горизонту, когда крутящий момент T двигателя транспортного средства зависит от результата упомянутого сравнения в последнем предыдущем цикле (s-1) моделирования. Определяют по меньшей мере одно опорное значение, которое на основании по меньшей мере одного из упомянутых сравнений в этом цикле (s) моделирования и спрогнозированной скорости v транспортного средства указывает, как следует воздействовать на скорость транспортного средства. Модуль дополнительно приспособлен для отправки системе управления в транспортном средстве упомянутого по меньшей мере одного опорного значения, относительно которого затем регулируют транспортное средство. Более подробное объяснение того, как делают прогнозирования, приведено ниже.
Модуль и/или вычислительный блок содержат по меньшей мере один процессор и память, приспособленные для выполнения всех описанных здесь вычислений, прогнозирований и т.д.
set
pred_cc
set
pred_cc
min
max
pred_Tnew
pred_Tnew
На фиг.2 изображена схема последовательности операций, которая включает в себя способ для управления скоростью транспортного средства согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Способ содержит в качестве первого этапа этап A), при котором принимают v в качестве желательной скорости транспортного средства для поддержания, и в качестве второго этапа этап B), при котором посредством картографических данных и данных местоположения определяют горизонт для запланированного пути, составленного из сегментов маршрута, по меньшей мере, с одной характеристикой для каждого сегмента. Согласно этому способу затем выполняют некоторое количество циклов (s) моделирования в течение длины горизонта. Цикл (s) моделирования содержит C) некоторое количество N шагов моделирования, выполняемых с предопределенной частотой f и влечет за собой этапы, на которых: C1) делают первое прогнозирование скорости v транспортного средства по горизонту с использованием обычной системы автоматического поддержания скорости, когда в качестве опорной скорости подана v, причем прогнозирование зависит от характеристик упомянутого сегмента, C2) сравнивают спрогнозированную скорость v транспортного средства с v и v, которые ограничивают диапазон, в пределах которого запланирована скорость транспортного средства, C3) делают второе прогнозирование скорости v транспортного средства по горизонту, когда крутящий момент T двигателя транспортного средства зависит от результата упомянутого сравнения в последнем предыдущем цикле (s-1) моделирования, и C4) определяют по меньшей мере одно опорное значение, которое на основании, по меньшей мере, некоторых из упомянутых сравнений в этом цикле (s) моделирования и спрогнозированной скорости транспортного средства v указывает, как следует воздействовать на скорость транспортного средства. На дополнительном этапе выполняют этап D), на котором упомянутое по меньшей мере одно опорное значение, относительно которого следует отрегулировать транспортное средство, отправляют системе управления в транспортном средстве. В этом способе добиваются постоянной и предопределенной нагрузки на процессор при определении и регулировке опорной скорости транспортного средства.
pred_cc
min
max
pred_Tnew
Во время цикла (s) моделирования прогнозирование согласно C1) и прогнозирование согласно C3) делают параллельно, как проиллюстрировано на фиг.2. Результат сравнения v с v и v в последнем предыдущем цикле (s-1) моделирования определяет крутящий момент T, при котором должна быть спрогнозирована v в цикле (s) моделирования. Например, если каждый цикл моделирования содержит 100 шагов моделирования с частотой 100 Гц, то каждый цикл моделирования занимает 1 секунду.
set
ref
ref
ref
ref
ref
set
ref
ref
ref
ref
ref
pred_cc
min
max
set
Следовательно, v представляет собой входной сигнал водителя относительно желательной скорости системы автоматического поддержания скорости, а опорное значение представляет собой значение, относительно которого регулируют транспортное средство. Опорным значением предпочтительно является любое из: опорной скорости v транспортного средства, опорного крутящего момента T или опорной частоты ω вращения двигателя. v подают в регулятор скорости блока управления двигателем. Для традиционных систем автоматического поддержания скорости v=v. В этом случае регулятор скорости управляет скоростью транспортного средства в соответствии с v, требуя обеспечения необходимого крутящего момента от регулятора крутящего момента двигателя. Когда вместо этого опорным значением является опорный крутящий момент T, то T может быть отправлен непосредственно в регулятор крутящего момента двигателя, а когда опорным значением является опорная частота ω вращения двигателя, то ω может быть отправлена непосредственно в регулятор скорости двигателя. Если v при сравнении с v и v не выходит за эти пределы, то согласно одному из вариантов осуществления изобретения в качестве опорного значения подана v. В этом случае опорное значение полностью зависит от результата этого сравнения. Ниже приведено объяснение того, какому опорному значению следуют для других случаев.
Теперь будет объяснено то, как получают различные спрогнозированные скорости.
Суммарная сила , действующая на транспортное средство со стороны окружающей среды, состоит из сопротивления  качению, силы  тяжести и аэродинамического сопротивления . Силу тяжести вычисляют следующим образом:
, (1)
где  - масса транспортного средства, и  - уклон дороги в радианах. Поскольку обычно рассматриваются лишь малые углы, то  аппроксимирован . Аэродинамическое сопротивление вычисляют как коэффициент , умноженный на квадрат скорости транспортного средства, следующим образом:
(2)
, (3)
.
где  - оцененная площадь лобовой поверхности транспортного средства,  - коэффициент сопротивления, который зависит от обтекаемой формы объекта,  - плотность воздуха и  - масса транспортного средства, оцененная его системой оценки массы как . Текущее сопротивление  качению также непрерывно оценивается в транспортном средстве как  Для вычисления  и , пожалуйста, см. публикацию диссертации, озаглавленной «Fuel Optimal Powertrain Control for Heavy Trucks Utilizing Look Ahead», Maria Ivarsson, Linkoping 2009, ISBN 978-91-7393-637-8.  представляет собой спрогнозированную скорость транспортного средства на предыдущем шаге моделирования.
Сила , которая двигает транспортное средство вперед, зависит от сделанного прогнозирования. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения в качестве нее берут либо максимально возможную мощность (максимальный крутящий момент), либо минимальную возможную мощность (минимальный крутящий момент, например, тормозящий момент). Однако может быть взята любая желательная сила в пределах диапазона
, (4)
pred_Tnew
pred_Tk+new
и, следовательно, скорость v транспортного средства (и v, как объяснено ниже) может быть спрогнозирована при крутящих моментах, отличных от максимального или минимального крутящего момента.  вычисляют как максимально возможный крутящий момент двигателя, зависящий от частоты вращения двигателя, умноженный на общее передаточное число и деленный на эффективным радиус  шины.  получают таким же самым образом, как и , но с использованием вместо этого минимального крутящего момента:
(5)
, (6)
где  - частота вращения двигателя транспортного средства, а  - общее передаточное число транспортного средства.
Ускорение  транспортного средства задается посредством:
(7)
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения шаги моделирования во время цикла моделирования, состоящего из N шагов, имеют постоянную длину шага, которая зависит от скорости транспортного средства. Длина  каждого шага моделирования задается посредством:
, (8)
где  - постоянная времени, равная, например, 0,9 с, а  - преобладающая скорость транспортного средства в начале моделирования.
Время  для шага моделирования задается посредством:
, (9)
где  - спрогнозированная скорость на предыдущем шаге () моделирования.
Разность скоростей  равна:
(10)
Расход энергии  для шага моделирования задается посредством:
(11)
Скорость  на текущем шаге моделирования становится равной:
(12)
Общее время  для текущего шага моделирования равно:
(13)
Общий расход энергии  для текущего шага моделирования равен:
(14)
pred_cc
vpred_Tnew
pred_Tk+new
pred_cc
pred_Tnew
pred_cc
pred_Tnew
N
end
i
i
На фиг.3 проиллюстрировано то, как прогнозируют скорость транспортного средства во время цикла моделирования из N шагов моделирования с горизонтом, длина которого равна L метрам. Прогнозирование прекращают после N шагов моделирования, то есть после цикла моделирования. Затем начинается новый цикл моделирования в следующей временной выборке. Каждый цикл моделирования имеет предопределенную частоту f. Например, с частотой 100 Гц выполняют 100 шагов моделирования в секунду. Поскольку длина каждого шага моделирования зависит от скорости  транспортного средства в начале прогнозирования, длина спрогнозированной секции горизонта меняется в зависимости от скорости транспортного средства. Например, при 80 км/ч (22,22 м/с) горизонт становится имеющим длину 2 км, если f, например, равна 100 Гц и K=0,9 с, поскольку в этом случае длина каждого шага  моделирования становится равной 20 м, и через 100 шагов длина горизонта становится равной 2 км. На фиг.3 показано новое значение  скорости, спрогнозированное на каждом -м шаге моделирования. Поскольку на каждом шаге моделирования делают одно и то же количество прогнозирований (v и , а также v в альтернативном варианте осуществления изобретения), то нагрузка на процессор полностью зависит от количества шагов моделирования в пределах горизонта. Количество шагов моделирования определяется частотой f, которая представляет собой предопределенное значение. Следовательно, максимальная нагрузка на процессор всегда может быть определена заранее, что является целесообразным, поскольку производительность процессора может быть, соответственно, рассчитана заранее. Следовательно, нагрузка на процессор не зависит от топографии дороги, от массы транспортного средства и от типа двигателя. v и v могут представлять собой векторы с N значениями, или в альтернативном варианте в каждом цикле моделирования сохраняют лишь максимальные и минимальные значения для v и v, как более подробно объяснено ниже. Последняя спрогнозированная скорость в пределах горизонта обозначена как v, а также как v. Посредством формул (13) и (14) также могут быть получены время t и расход энергии E вплоть до -го шага моделирования.
pred_cc
pred_Tnew
pred_cc
min
max
pred_Tnew
pred_Tk+new
На фиг.4 проиллюстрированы три цикла (s-1), (s) и (s+1) моделирования и прогнозы, сделанные во время каждого цикла. В каждом цикле делают прогнозирование v и прогнозирование v. После каждого цикла v сравнивают с v и v, и результат этого сравнения служит в качестве основания для определения предпочтительно крутящего момента T для v для следующего цикла, как объяснено выше и проиллюстрировано на фиг.4 стрелками, обозначенными «ВЫБРАННЫЙ T». Это также проиллюстрировано на схеме последовательности операций, показанной на фиг.2, как этап C2. Таким образом, во время каждого цикла моделирования прогнозируют две различных скорости транспортного средства. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения в каждом цикле моделирования также прогнозируют третий режим v вождения и затем путем вычислений стоимости принимают решение о режиме вождения, в соответствии с которым необходимо осуществлять управление транспортным средством; более подробное объяснение этого приведено ниже. В этом случае в блок управления подают опорные значения, представляющие режим вождения, в соответствии с которым необходимо осуществлять управление транспортным средством, которыми, следовательно, может являться любое из: опорной скорости транспортного средства, опорного крутящего момента или опорной частоты вращения двигателя.
Таким образом, опорные значения, к которым должна стремиться система управления транспортного средства, определяют непрерывно, когда транспортное средство находится в движении. Их предпочтительно определяют начиная с некоторого предопределенного расстояния перед транспортным средством и затем синхронизируют в блоке управления, чтобы вычисленное опорное значение для данной ситуации было установлено в правильный момент времени. Примером такого расстояния является расстояние 50 метров, которое, следовательно, учитывается блоком управления при регулировании транспортного средства.
pred_cc
pred_cc
min
max
min
pred_cc
max
pred_cc
min
pred_Tnew
pred_cc
min
max
pred_Tnew
max
set
pred_Tnew
max
Теперь будет приведено объяснение варианта осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертеж фиг.5. В верхней части чертежа фиг.5 проиллюстрирована спрогнозированная скорость v при использовании обычной системы автоматического поддержания скорости по горизонту с профилем дороги, который изображен в нижней части схемы. v непрерывно сравнивают с v и v, и если она ниже v, то идентифицируют подъем, а если v выше v, то идентифицируют спуск. Если идентифицирован подъем, и, следовательно, v ниже v, как в P1 на фиг.5, то в качестве максимального крутящего момента в следующем цикле моделирования берут крутящий момент T двигателя транспортного средства во втором прогнозировании v. Это проиллюстрировано на фиг.5 пунктирной линией. Однако это предполагает, что v была ниже v, перед возможным становлением выше v. На фиг.5 тремя пунктирными линиями в верхней части схемы проиллюстрировано то, как прогнозируют v при максимальном крутящем моменте, а затем прогнозируют превышение v. Поскольку этот сценарий является нежелательным, то в качестве опорной скорости подают v. Эта скорость может быть подана в качестве опорного значения только в том случае, когда спрогнозированная v не становится выше v.
pred_cc
max
pred_Tnew
pred_cc
max
min
Если идентифицирован спуск, и, следовательно, v больше, чем v, как в P2 на фиг.5, то в качестве минимального крутящего момента в следующем цикле моделирования подают крутящий момент T двигателя транспортного средства во втором прогнозировании v, что изображено на фиг.5 пунктирной линией. Однако это предполагает, что v была большей, чем v, перед ее возможным становлением ниже v. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения вычислительный блок, описанный со ссылкой на чертеж фиг.1, приспособлен для выполнения описанных выше вычислений и т.д.
pred_cc
min
max
set
pred_cc
set
pred_Tnew
Если v больше или равна v и меньше или равна v, то в качестве опорного значения берут v. Например, это означает, что идентифицировано отсутствие холма, и, следовательно, что v находится вне диапазона скорости, или что транспортное средство будет перемещаться по ровной дороге. Следовательно, в этом случае v становится опорной скоростью, относительно которой система управления транспортного средства должна выполнять регулировки. v предпочтительно по-прежнему прогнозируют при максимальном или минимальном крутящем моменте для того, чтобы добиться равномерной нагрузки на процессор.
pred_Tk+new
pred_Tk+new
pred_Tnew
pred_Tk+new
pred_Tk+new
max
set
pred_Tk+new
pred_Tnew
max
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения способ также содержит этап, на котором: в каждом цикле моделирования делают третье прогнозирование скорости v транспортного средства по горизонту, когда сначала моделирование выполнено с использованием обычной системы автоматического поддержания скорости, а затем, когда в зависимости от результата упомянутого сравнения крутящий момент T транспортного средства заменен максимальным крутящим моментом, минимальным крутящим моментом или каким-либо иным крутящим моментом, см. формулу (4), что приводит к альтернативному режиму вождения. Это изображено на фиг.5 штрихпунктирной линией. Для принятия решения о том, когда и при каком крутящем моменте следует прогнозировать v, используют те же самые критерии, что и для принятия решения о том, когда и при каком крутящем моменте следует прогнозировать v. В другом варианте осуществления изобретения используют иные критерии для определения иного крутящего момента, что приводит к альтернативному режиму вождения, например, когда применимы конкретные требования, предъявляемые к комфорту. (Прогнозирование) v предпочтительно содержит сначала выполнение одного или более шагов моделирования с использованием обычной системы автоматического поддержания скорости и затем выполнение остальных шагов моделирования при некотором другом крутящем моменте, например при максимальном крутящем моменте или при минимальном крутящем моменте. Например, шаги 1-4 моделирования, показанные на фиг.3, выполняют с использованием обычной системы автоматического поддержания скорости, после чего выполняют шаги моделирования с 5-го по N-й при максимальном или минимальном крутящем моменте. Три штрихпунктирные линии в верхней части чертежа фиг.5 иллюстрируют, как прогнозируют то, что v превысит v. Поскольку этот сценарий является нежелательным, то в качестве опорной скорости подают v. Этот режим вождения может учитываться в сравнении с функцией стоимости согласно одному из вариантов осуществления изобретения, см. приведенные ниже формулы (15) и (16), только тогда, когда ни спрогнозированная v, ни спрогнозированная v не превышают v.
pred_Tnew
min
max
set
Если спрогнозированная v превышает предельные значения, прямо или косвенно установленные водителем, например, v и v, то вместо нее в качестве опорного значения подают v.
N
N
N
N
pred_cc
pred_cc
pred_cc
Таким образом, согласно этому варианту осуществления изобретения по ограниченной секции дороги с длиной L перед транспортным средством, также именуемой горизонтом, делают три прогнозирования с различными стратегиями управления. В этом случае каждое прогнозирование предпочтительно включает в себя вычисление скорости транспортного средства, общего расхода E энергии и времени пробега t. В другом варианте осуществления изобретения также вычисляют минимальную и максимальную скорости для прогнозов, что более подробно описано ниже. Общий расход E энергии для спрогнозированной скорости во время цикла моделирования вычисляют согласно формуле (14). Аналогичным образом общее время t для спрогнозированной скорости во время цикла моделирования вычисляют согласно формуле (13). Прогнозирование v с использованием обычной системы автоматического поддержания скорости дает общий расход энергии, обозначенный как E, и общее время пробега, обозначенное как t, и при этом принимают решение о том, какие другие стратегии управления/режимы вождения должны быть спрогнозированы.
LA_Tnew
LA_Tnew
pred_Tnew
pred_Tk+new
LA_Tk+new
LA_Tk+new
pred_Tk+new
Если идентифицирован подъем, то получают общее время t и общий расход энергии E для спрогнозированной скорости v при максимальном крутящем моменте. Когда идентифицирован подъем, тоv также прогнозируют так, как объяснено выше, после чего получают общее время t и общий расход энергии E для v во время цикла моделирования. Максимальный крутящий момент может быть заменен каким-либо иным высоким крутящим моментом двигателя, который вызывает ускорение, например, если рабочая точка имеет лучший коэффициент полезного действия, и/или приводит к комфортному ускорению.
LA_Tnew
LA_Tnew
pred_Tnew
pred_Tk+new
LA_Tk+new
LA_Tk+new
pred_Tk+new
Если идентифицирован спуск, то получают t и E, которыми в этом случае соответственно являются общее время и общий расход энергии для v при минимальном крутящем моменте, и прогнозируют v так, как объяснено выше, получая, таким образом, t и E, которыми в этом случае являются соответственно общее время и общий расход энергии для v во время цикла моделирования при минимальном крутящем моменте. Минимальным крутящим моментом является, например, тормозной момент, хотя он может быть заменен каким-либо иным низким крутящим моментом двигателя, который вызывает замедление, например, если рабочая точка имеет лучший коэффициент полезного действия, и/или приводит к комфортному ускорению.
pred_Tnew
pred_Tk+new
Tnew
Tk+new
Tnew
Tk+new
Для выбора того, какая из v и v обеспечивает лучшую стратегию управления в каждом случае, согласно одному из вариантов осуществления изобретения способ содержит оценку прогнозов путем вычисления стоимости для спрогнозированного режима вождения посредством по меньшей мере одной функции J, J стоимости. Вычислительный блок предпочтительно приспособлен для выполнения этих вычислений. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения определяют стоимости J и J для режима вождения согласно второму и третьему прогнозам путем применения весового параметра β к их уменьшению энергии и уменьшению времени пробега по сравнению с режимом вождения согласно первому прогнозированию, что проиллюстрировано в следующих функциях стоимости:
(15)
(16)
pred_cc
pred_cc
Таким образом, функции стоимости являются нормированными относительно режима вождения транспортного средства, спрогнозированного с использованием обычной системы автоматического поддержания скорости (E и t). Таким образом, оценки стоимостей не зависят, например, от массы транспортного средства. Функции стоимости основаны исключительно на расходе энергии и времени пробега, а расход топлива не вычисляют. Это означает, что отсутствует необходимость в каком-либо моделировании коэффициента полезного действия двигателя, что упрощает вычисления для оценки того, какая стратегия управления является наиболее предпочтительной. Весовой параметр β очень слабо зависит от массы транспортного средства, пройденного расстояния и типа двигателя. Таким образом, упрощено введение режимов или потенциально возможных установок. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения водитель или система могут, например, выбрать, следует ли установить приоритет на меньший расход топлива или на меньшее время пробега, путем изменения весового параметра. Эта функция может быть предоставлена водителю через интерфейс, например, на приборной панели транспортного средства.
Tnew
Tk+new
ref
pred_Tnew
pred_Tk+new
Предпочтительно стоимости J и J сравнивают, и это сравнение используют в качестве основы для определения опорной скорости v, относительно которой должно быть отрегулировано транспортное средство. В качестве опорного значения предпочтительно подают тот прогноз скорости (v, v), который приводит к наименьшей стоимости.
ref
ref
min
min
1
1
max
max
2
2
Для того чтобы в транспортном средстве был достигнут минимальный или максимальный крутящий момент, опорная скорость v может быть подана со смещением. Минимальный крутящий момент может быть, например, подан путем подачи опорной скорости v в качестве низкого значения ниже v, например, как v-k, где k находится в пределах диапазона 1-10 км/ч. В этом случае блок управления двигателем будет подавать тормозной момент для двигателя. Максимальный крутящий момент может быть достигнут путем подачи опорной скорости в качестве высокой скорости выше v, например v+k, где k находится в пределах диапазона 1-10 км/ч.
pred_cc,max
pred_cc,min
pred_cc
max
min
pred_Tnew
pred_Tk+new
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, определяют наибольшую скорость v и наименьшую скорость v во время первого прогнозирования скорости v транспортного средства с использованием обычной системы автоматического поддержания скорости, а затем их используют в сравнении с v и v для определения крутящего момента T двигателя транспортного средства во втором прогнозировании и, согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, в третьем прогнозировании. В этом случае вычислительный блок приспособлен для выполнения этих вычислений. Следовательно, необходимо сохранять только лишь скаляры вместо целых векторов, что приводит к экономии объема памяти. Также отсутствует необходимость в сохранении значений после их использования в цикле моделирования, поскольку отсутствует подстройка опорных значений назад в горизонте, и их снова не используют для дальнейших вычислений. Эта разница по сравнению с какими-либо другими алгоритмами вычисления экономит производительность процессора и помогает добиться постоянной низкой нагрузки на процессор. Таким же самым образом во время цикла моделирования также могут быть определены наибольшая и наименьшая скорости для прогнозирований v и v.
pred_Tnew
pred_Tk+new
pred_Tnew
end_Tnew
pred_Tk+new
end_Tk+new
pred_Tk+new
end,Tk+new
end_Tnew
Наиболее часто различные стратегии не обладают одинаковой конечной скоростью в конце горизонта - факт, который предпочтительно учитывают при оценке стоимостей стратегий управления. Это проиллюстрировано на фиг.6, где v спрогнозирована при максимальном крутящем моменте, а v спрогнозирована с использованием обычной системы автоматического поддержания скорости на некоторых шагах и затем - при максимальном крутящем моменте. v приводит к более высокой конечной скорости v, чем конечная скорость для v, которой является v, так как v первоначально имеет сходство с обычной системой автоматического поддержания скорости, а это означает, что скорость в этом случае не увеличивается настолько, поскольку максимальный крутящий момент применяют позже. Однако цикл моделирования заканчивается после некоторого количества N шагов (что представлено пунктирной линией), после чего также получают конечные скорости для соответствующих прогнозирований. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения способ содержит добавление штрафа, по меньшей мере, к одной функции стоимости на основании того, не достигает ли транспортное средство в прогнозах одной и той же конечной скорости. Штраф может быть вычислен на основании расхода энергии и времени пробега, которые обозначены соответственно как  и , которые требуются в том случае, если после горизонта конечная скорость v из третьего прогнозирования должна быть доведена до конечной скорости v для второго прогнозирования, причем одновременно с этим эти два прогноза проходят равные расстояния. В этом случае функции стоимости будут иметь следующий вид:
(17)
(18)
Получение расхода энергии и времени пробега ( и ) включает в себя выполнение некоторого количества вычислений. Эти вычисления основаны на втором законе Ньютона с предположением о постоянном сопротивлении движению ( является постоянной, то есть здесь предполагают, что дорога является ровной и что аэродинамическое сопротивление и сопротивление качению не зависят от скорости транспортного средства):
(19)
Исходя из этих предположений скорость транспортного средства остается линейно зависящей от времени.
end,Tk+new
end,Tnew
Для третьего прогнозирования, в котором должен быть осуществлен переход от v к v, время пробега становится равным:
(20)
Расстояние, пройденное транспортным средством, равно:
(21)
Потребность в энергии равна:
(22)
Для второго прогнозирования для прохождения того же самого расстояния () без изменения скорости транспортного средства () время пробега составляет:
(23)
Потребность в энергии равна:
(24)
end,Tk+new
end,Tnew
end,Tk+new
end,Tnew
Если v<v, то применяют максимальный крутящий момент (), а если v>v, то применяют тормозной момент ().
pred_cc
pred_cc
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения значения E и t нормирования не обновляют для получения значений для точно такого же пройденного расстояния, как при других прогнозированиях. Например, эти значения обновляют для каждого цикла моделирования. Расстояние  является настолько коротким относительно общего спрогнозированного расстояния, что нормировка хорошо работает даже без учета расхода энергии и времени для обычной системы автоматического поддержания скорости на протяжении .
Tnew
Tk+new
pred_Tnew
pred_Tk+new
set
Скоростью, которую подают в качестве опорной скорости, предпочтительно является та скорость, которая приводит к наименьшей общей стоимости (J или J). Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, несмотря на то что ранее выбор состоял в использовании альтернативного управления согласно v или v (то есть не v), альтернативное управление может быть достигнуто в течение того времени, когда транспортное средство находится, например, на холме с крутым подъемом. Таким образом, избегают скачкообразного переключения управления между различными режимами вождения. Холм с крутым подъемом может быть идентифицирован как уклон, превышающий некоторую величину.
pred_Tnew
pred_Tk+new
pred_Tnew
pred_Tk+new
В одном из вариантов осуществления изобретения при выборе того, какие стратегии управления следует прогнозировать (то есть тех, которые приводят к v и к v), учитывают коэффициент полезного действия двигателя и комфорт вождения/дорожные качества автомобиля. Беря в качестве величины и/или момента времени тот крутящий момент, который приводит к тому, что v и к v по-разному зависят от коэффициента полезного действия двигателя, или на основании требований, предъявляемых к комфорту, это позволяет добиться создания удобной и экономичной системы автоматического поддержания скорости. Это может быть реализовано на основании правил, в соответствии с которыми, например, существует некоторый крутящий момент при некоторой частоте вращения двигателя, или в соответствии с которыми никогда не разрешен крутящий момент, приводящий к большему ускорению, чем некоторое предельное значение.
Настоящее изобретение не ограничено вариантами его осуществления, которые описаны выше. Могут использоваться различные альтернативные варианты, модификации и эквиваленты. Следовательно, описанные выше варианты осуществления изобретения не ограничивают объем настоящего изобретения, который определяется приложенной формулой изобретения.