CN102803039B - 用于控制车辆速度的方法和模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节车辆的速度的方法。该方法包括以下步骤：通过由线路分段构成的路线的位置数据和地图数据来确定视野，其中，所述线路分段具有针对每个分段的长度和坡度特性；根据一个或者多个车辆特定值来计算分段的所述坡度的阈值，其中，所述阈值充当用于将分段分配到各种类别中的边界；将每个分段的所述坡度和所述阈值进行比较，并且根据所述比较的结果将所述视野内的每个分段置于类别中；以及，对于被置于指示陡峭的上坡或者陡峭的下坡的类别中的所述视野内的每个分段，所述方法包括：尤其基于所述分段的进入速度v_i来计算在所述分段的末端之后的所述车辆的最终速度v_end；基于分段的所计算的最终速度v_end计算所述分段的进入速度v_i，其中所述确定由所述分段的类别的规则定义，以使得所述车辆的最终速度v_end在由v_max和v_min所定义的车辆的当前参考速度v_set的范围内，假设在相同的范围内确定v_i；以及基于每个分段的所述进入速度v_i，根据速度设置点值v_ref调节所述车辆的速度。

Description

用于控制车辆速度的方法和模块

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的介绍用于调节车辆速度的方法和模块。

背景技术

现今，许多车辆都配备有巡航控制以使得驾驶员更容易地驾驶车辆。于是可以通过驾驶员来设置期望的速度，例如，通过方向盘控制台中的控制设备，此后车辆中的巡航控制系统根据控制系统进行操作，以使其对车辆进行加速和制动以便保持期望的速度。如果车辆配备有自动换挡系统，则车辆进行换挡以使车辆可以保持期望的速度。

当在丘陵地形中使用巡航控制时，巡航控制系统将试图在上坡时保持设置速度。这尤其会导致车辆在翻越山顶时加速并可能一直到后来的下坡，使得必须进行制动以避免超过设置速度，这是一种高油耗的行车方式。

当与传统巡航控制相比时，通过在丘陵地形中改变车辆的速度能够节省燃料。这可以通过各种方式来进行，例如，通过计算车辆的当前状态(如使用Scania)。如果对上坡进行计算，则系统加速车辆上坡。在爬升将要结束时，系统被编程为避免加速直到在顶部坡度已经变得水平为止，只要车辆的速度不下降到一定水平之下即可。在上坡的末端降低速度，使得在不使用发动机来加速的情况下能够在后来的下坡时重新获得速度。当车辆接近斜坡底部时，系统尽量使用动能以在比普通巡航控制更高的速度开始下一个上坡。系统将容易地在下坡的末端提供加速以便保持车辆的动量。在起伏的地形中，这意味着车辆以高于正常的速度开始下次爬坡。避免不必要的加速和使用车辆的动能使得能够节省燃料。

如果具有地图数据和GPS的车辆使得知道前面的地形布局，则可以使这种系统更加健壮并且还可以预先改变车辆的速度。

已公开的专利申请WO 2006/107267A1描述了用于使用预期的巡航控制功能来控制车辆的操作的方法和系统。在车辆出发之前，用点来标识沿着路线的陡峭上升和下降。在车辆出发之前，基于许多参数来计算所述点的位置并且与路线存储在一起。

本发明的目标是以节省燃料的方式控制在丘陵地形中的车辆的速度。

发明内容

根据第一方面，通过用于调节车辆的速度的方法，实现以上所描述的目标，该方法包括以下步骤：

A)通过由线路分段构成的路线的位置数据和地图数据来确定视野，其中，所述线路分段具有针对每个分段的长度和坡度特性；

B)根据一个或者多个车辆特定值来计算分段的所述坡度的阈值，其中，所述阈值充当用于将分段分配到各种类别中的边界；

C)将每个分段的所述坡度和所述阈值进行比较，并且根据所述比较的结果将所述视野内的每个分段置于类别中；以及，对于被置于指示陡峭的上坡或者陡峭的下坡的类别中的所述视野内的每个分段，所述方法包括：

D)尤其基于所述分段的进入速度v_i来计算在所述分段的末端之后的所述车辆的最终速度v_end；并且如果所计算的最终速度v_end在由v_max和v_min定义的所述车辆的当前参考速度v_set的范围之外，则所述方法执行以下步骤：

E)基于针对所述分段的所计算的最终速度v_end修改所述分段的所述进入速度v_i，其中，所述修改由所述分段的类别的规则定义，以使v_min≤v_end≤v_max，假定v_i在相同的范围内被修改；

F)基于每个分段的所述进入速度v_i，根据速度设置点值v_ref调节所述车辆的速度。

根据第二方面，本发明还包括用于调节车辆速度的模块，所述模块包括：

视野单元，其适用于通过由线路分段构成的路线的位置数据和地图数据来确定视野，其中，所述线路分段具有针对每个分段的长度和坡度特性；

处理器单元，其适用于

根据一个或者多个车辆特定值，来计算分段的坡度的阈值，其中，所述阈值充当用于将分段分配到各种类别中的边界；

将每个分段的所述坡度和阈值进行比较，并且根据所述比较的结果将所述视野内的每个分段置于类别中；以及，对于被置于指示陡峭的上坡或者陡峭的下坡的类别中的所述视野内的每个分段，处理器单元适用于：

尤其基于所述分段的进入速度v_i计算在分段的末端之后的所述车辆的最终速度v_end；以及

基于分段的所计算的最终速度v_end计算所述分段的进入速度v_i，其中所述确定由所述分段的类别的规则定义，以使得所述车辆的最终速度v_end在由v_max和v_min所定义的所述车辆的当前参考速度v_set的范围内，假设在相同的范围内确定v_i；

以及控制系统，其适用于基于每个分段的进入速度v_i，根据速度设置点值v_ref来调节所述车辆的速度。

以上所描述的方法实现了健壮的和计算上有效的算法，其快速地并且可靠地产生速度设置点值，其中，控制系统能够通过该速度设置点值控制车辆。

当在视野内有靠近的陡峭的上坡时，因此计算在爬坡期间车辆预期失去多少速度。如果结果在由例如驾驶员或者模块所预定义的最小速度v_min以下，则在上坡之前向上修改速度设置点值v_ref，但最多向上到v_max。在爬坡之前提高速度带来时间节约，因为速度将不会像使用传统的巡航控制时减小的那么多，所述传统的巡航控制只根据参考速度v_set设置车辆的速度。因此，在上坡之前提高车辆的速度仅在当计算出车辆的速度将会下降到预设最小速度v_min以下时才发生。

当在视野内有靠近的陡峭的下坡时，系统计算在下坡行驶期间车辆的速度预期增加到的速度。如果结果超过由例如驾驶员或者系统所定义的最大速度v_max，则在下坡之前向下修改速度设置点值v_ref，但最多向下到v_min。与不允许与其参考值v_set不同的传统巡航控制相比，通过维持所提高的速度来利用在下坡行驶上的势能会带来时间节省，。因此，在下坡行驶期间，仅当车辆预期会到达超过最大速度v_max的速度时才进行预测速度的调整。

根据该方法，因为在上坡时允许通过模块将车辆的速度降低到v_min，同时后面的的预期加速会重新获得所失去的速度直到在坡顶之后(即在平坦的道路上)，所以与必须在爬坡期间维持参考速度v_set的车辆相比，结果是时间节约，因为维持上坡速度比在爬坡之后恢复速度消耗更多的燃料。如果上坡之后紧接着是下坡，那么可以将速度保持在较低的水平，以避免在下坡行驶时由于车辆的速度变得太高而制动，并且替代的车辆使用由于下坡时其自身重量而产生的势能。如果下坡时所预测的速度比由驾驶员采用的参考速度v_set高，则可以维持所预测的速度，从而使得车辆能够“漂移(swing)”到靠近的上坡。

在从属权利要求和详细说明书中，描述了优选实施例。

附图说明

下面参照附图描述本发明，其中：

图1描述了根据本发明的实施例的车辆中的调节模块的功能上下文。

图2描述了根据本发明的实施例的方法的流程图。

图3说明了与车辆的路线的长度相关的控制系统的视野的长度。

图4说明了在陡峭的上坡上的各种预测的速度和分段的类别。

图5说明了在陡峭的下坡上的各种预测的速度和分段的类别。

图6说明了由于新的分段被添加到视野中而被连续更新的各种预测的速度和分段的类别。

图7根据本发明的实施例的说明了本发明和传统巡航控制之间的区别。

图8根据本发明的实施例的说明了本发明和传统巡航控制之间的区别。

具体实施方式

可以使用关于车辆的路线的信息来预先调节车辆的速度以节省燃料，增加安全性和提高舒适度。地势极大地影响了尤其是重型车辆的动力传动系统的控制，由于上坡比下坡需要更多的扭矩，以使得能够在不换挡的情况下攀爬某些山地。

车辆被提供有定位系统和地图信息，并且来自定位系统的位置数据和来自地图信息的地形数据被用于构造说明路线的特性的视野。在本发明的描述中，GPS(全球定位系统)用于确定车辆的位置数据，但应意识到的是，还可以设想其它种类的全球或区域定位系统来向车辆提供位置数据，例如，使用无线电接收机来确定车辆位置的系统。车辆还可以使用传感器来扫描周围的环境并从而确定其位置。

图1示出了单元如何包含关于路线的地图和GPS信息。在下面将路线举例作为车辆的单个线路，但应意识到，可以通过地图和GPS或其它定位系统将各种可能想到的路线包含作为信息。驾驶员还可以登记预期的行程的起点和终点，在这种情况下，所述单元使用地图数据等来计算适当的线路。可以将该路线或多个路线(如果有两个或更多个可能的选择)通过CAN逐片段(bit)地发送到用于调节设置点值的模块，该模块可以与控制系统分离或构成控制系统的一部分，该控制系统将使用该设置点值来调节车辆的速度。可替代地，具有地图和定位系统的单元还可以是使用设置点值进行调节的系统的一部分。在调节模块中，将片段一起置于视野单元中以构成视野，并由处理器单元进行处理以创建控制系统可以调节的内部视野。如果有两个或更多个替代路线，则针对各种选择创建多个内部视野。然后，通过来自具有GPS和地图数据的单元的新的片段对视野或多个视野连续地进行补充，以保持期望的视野长度。因此，当车辆在运动中时连续地对视野进行更新。

CAN(控制器区域网络)是专门开发用于在车辆中使用的串行总线系统。CAN数据总线使得能够在传感器、调节组件、致动器、控制设备等之间进行数字数据交换，并确保两个或更多个控制设备能够访问来自给定传感器的信号，以便使用它们来控制与其连接的控制组件。

图2是示出根据本发明包括的实施例的方法的步骤的流程图。下面所描述的示例仅涉及一个视野，但应当意识到，可以并行地构造用于各种替代路线的两个或更多个视野。第一步骤A)基于由线路分段构成的路线的位置数据和地图数据来确定视野，其中所述线路分段具有针对每个分段的长度和坡度特性。当车辆移动时，视野模块将片段放置在一起以形成路线的视野，视野的长度通常为大约1到2km。视野单元持续跟踪车辆在什么地方并连续地添加到视野中，以使得视野的长度保持恒定。根据实施例，当行程的终点在视野长度之内时，则不再对视野进行添加，这是由于超过终点的行驶是不相关的。

视野由线路分段构成，该线路分段具有与其相关联的其长度和坡度形式的特性。在此，以矩阵的形式对视野进行举例说明，其中，每列包含分段的特性。覆盖路线前方80m的矩阵可以采用下列形式：

$\left[\begin{array}{cc}\mathrm{dx}& \%\\ 20,& 0.2\\ 20,& 0.1\\ 20,& -0.1\\ 20,& -0.3\end{array}\right]$

其中，第一列是以米为单位的每个分段的长度(dx)，而第二列是每个分段以％表示的坡度。采用该矩阵来表示从车辆的当前位置到前方20米的坡度为0.2％，在此之后的20米的坡度为0.1％等。分段和坡度的值不需要以相对值来表示，而是替代的可以用绝对值来表示。矩阵有利地是矢量形式，但是替代的可以是数据分组等形式的指针结构。存在各种其它可能想到的特性，例如，曲率半径、交通标志、各种障碍物等。

此后，在步骤B)中将视野中的分段置于各种类别中，其中，根据一个或多个车辆特定值来针对分段的坡度来计算阈值，该阈值充当用于将分段分配到各种类别的边界。根据本发明的实施例，通过一个或多个车辆特定值(例如，当前传动比、当前车辆重量、发动机的最大扭矩曲线、当前速度下的机械摩擦和/或车辆的行驶阻力)来计算针对所关心的特性的阈值。控制系统内部的车辆模型用于估计当前速度下的行驶阻力。在车辆的控制系统中，传动比和最大扭矩是已知大小的，而车辆重量是即时估计的。

下面是分段可以被置于的五个不同的类别的示例：

平坦的道路：具有0±公差的坡度的分段。

陡峭的上坡：具有对以当前的档位保持速度的车辆来说过于陡峭的坡度的分段。

平缓的上坡：具有公差和急剧的上坡的阈值之间的坡度的分段。

陡峭的下坡：具有使得由坡度来加速车辆的陡峭的下坡坡度的分段。

平缓的下坡：具有负公差和急剧的下坡的阈值之间的下降的坡度的分段。

将分段置于上面描述的类别中，因此以两个坡度阈值l_min和l_max的形式计算阈值，其中l_min是车辆由下坡坡度加速的最小坡度，而l_max是车辆在不换挡上坡的情况下能够保持速度的最大坡度。因此，可以根据前方道路的坡度和长度来调节车辆，以使得能够依靠巡航控制在起伏的地形上以节约燃料的方式驱动车辆。例如，当车辆以80km/h行驶时，“平坦的道路”类别的公差优选地在0.05％和-0.05％之间。基于该相同的速度(80km/h)，通常将l_min计算成大约-2到-7％，而l_max通常为1到6％。然而，这些值很大程度上取决于当前传动比(档位+固定的后轴比)、发动机性能以及总重量。

在下一个步骤C)中，本方法将每个分段的坡度和阈值进行比较，并且根据比较的结果将视野内的每个分段置于类别中。

在视野中的每个分段被置于类别中之后，可以基于分段的分类和视野来构建控制系统的内部视野。内部视野包括针对每个分段的控制系统必须遵守的进入速度v_i。每个分段还具有最终速度v_end，其与下一个分段的进入速度v_i相等。

对于处于指示陡峭的上坡或者陡峭的下坡的类别中的视野中的每个分段，本方法包括步骤D)，用于尤其是基于该分段的进入速度v_i，在分段的末端之后计算车辆的最终速度v_end；并且如果所计算的最终速度v_end在由v_max和v_min所定义的车辆的当前参考速度v_set的范围之外，则该方法执行步骤E)，其用于基于分段的所计算的最终速度v_end来修改该分段的进入速度v_i，其中，所述修改由所述分段的类别的规则定义，以使v_min≤v_end≤v_max，假定v_i在相同的范围内被修改。因此，在v_set的范围内修改v_end。如果所计算的最终速度v_end在v_set的范围内，则本方法继续到视野内的下一个分段，而不是根据步骤E)修改进入速度v_i和最终速度v_end。v_set是由驾驶员所设置的参考速度，并且期望当在行驶时由车辆的控制系统将其保持在范围内。

该范围由两个速度v_min和v_max界定，v_min和v_max可以由驾驶员手动设置，或者通过优选地在调节模块中计算的适当的范围的计算来自动设置。此后，在步骤F)中基于每个分段的进入速度v_i根据设置点值v_ref来调节车辆的速度。因此，允许车辆中的控制系统的设置点值v_ref在两个上述速度v_min和v_max之间变化，并且当方法针对车辆的速度预测内部视野，则车辆的速度可以在这个范围内变化。

根据实施例，对两个进入速度v_i之间所请求的速度改变进行渐变(ramp)，以便为控制系统提供带来车辆速度的逐步增加或减小的设置点值v_ref。对速度改变进行渐变导致需要进行逐步速度改变的计算以便实现速度改变。换句话说，通过渐变实现线性的速度增加。连续地逐步通过视野内的所有分段，并且由于新的分段被添加到视野中，因此在需要时在分段中在车辆的参考速度v_set的范围内调节进入速度v_i。

因此，针对分段类别的各种规则对如何调整每个分段的进入速度v_i进行调节。如果分段被置于“平坦的道路”类别中，则在该分段的进入速度不发生改变。驾驶车辆以使得满足舒适度要求涉及使用如下的Torricelli方程来计算需要施加到车辆的恒定加速度或减速度：

$v_{\mathrm{end}}^2=v_i^2+2\·a\·s---\left(1\right)$

其中，v_i是分段的进入速度，v_end是在分段末端的车辆速度，a是恒定加速度/减速度以及s是分段的长度。

如果分段属于“陡峭的上坡”或者“陡峭的下坡”类别，那么通过求解下面的方程来预测分段的最终速度v_end：

$v_{\mathrm{end}}^2=(a\·v_i^2+b)\·(e^{(2\·a\·s/M)}-b)/a---\left(2\right)$

其中

a＝-C_d·ρ·A/2               (3)

b＝F_track-F_roll-F_α               (4)

F_track＝(T_eng·i_final·i_gear·μ_gear)/r_wheel            (5)

F_roll＝flatCorr·M·g/1000·(C_rrisoF+C_b·(v_i-v_iso)+C_aF·(v_i ²-v_iso ²))      (6)

F_α＝M·g·sin(arctan(α))       (7)

$\mathrm{flatCorr}=1/\sqrt{(1+r_{\mathrm{whell}}/2.70)}---\left(8\right)$

因此，根据本实施例，基于分段的进入速度v_i，在分段的末端之后计算车辆的最终速度v_end，F_track是来自发动机扭矩的沿着车辆的运动方向作用的力，F_roll是来自作用在车轮上的滚动阻力的力，以及F_α是来自由于分段的坡度α而作用在车辆上的力。此外，C_d是空气阻力系数，ρ是空气密度，A是车辆的最大横截面积，T_eng是发动机扭矩，i_final是车辆的主传动齿轮，i_gear是变速箱中的当前传动比，μ_gear是齿轮系统的效率，r_wheel是车辆的车轮半径，M是车辆的重量，C_aF和C_b是与车轮的滚动阻力有关的速度依赖系数，C_rrisoF是与车轮的滚动阻力相关的常数项，而v_iso是ISO速度(例如，80km/h)。

在“陡峭的上坡”类别中的分段上，之后，将最终速度v_end与v_min相比较，并且如果v_end<v_min，则必须增加v_i以使得

v_i＝min(v_max,v_i+(v_min-v_slut))         (9)

否则v_i不发生改变，因为v_end满足在参考速度的范围之内的要求。

在“陡峭的下坡”类别中的分段上，将最终速度v_end与v_max相比较，并且如果v_end>v_max，则必须减小v_i以使得

v_i＝max(v_min,v_i-(v_slut-v_max))       (10)

否则v_i不发生改变，因为v_end满足在参考速度的范围之内的要求。

根据本发明的实施例，步骤E)还包括根据分段的长度来确定分段的进入速度v_i，并且通过根据分段类别的规则通过所计算的最大加速度或者减速度来确定进入速度v_i的最大修改。优选地使用Torricelli方程(1)来计算是否能够在具有舒适度要求的情况下用进入速度v_i实现v_end，即利用最大恒定加速度/减速度。如果这由于分段的长度而不可能，则对v_i进行增加或减小以使得能够保持舒适度要求，即不要太多的加速度/减速度。结果是保证车辆将关于加速度和减速度而舒服地行驶。

在“平缓的上坡”类别中的分段上，当包含新的分段时，允许设置点值v_ref在v_min与v_set之间变化，即v_min≤v_ref≤v_set。如果v_ref≥v_min，则不产生车辆的加速度。然而，如果v_ref<v_min，则在该分段期间将v_ref应用于v_min，或者如果v_ref>v_set，则通过方程(1)将v_ref渐变到v_set。在“平缓的下坡”类别中的分段上，当包含新的分段时，允许v_ref在v_set与v_max之间变化，即v_set≤v_ref≤v_max，并且如果v_ref≤v_max，则不产生车辆的减速度。然而，如果v_ref>v_max，则在该分段期间将v_ref应用于v_max，或者如果v_ref<v_set，则通过方程(1)将v_ref渐变到v_set。可以通过删除“平缓的上坡”和“平缓的下坡”来将上面的五种分段类别简化为三种。然后，“平坦的道路”分段将覆盖由计算出的阈值l_min和l_max所界定的更大的范围，因此该分段上的坡度必须小于l_min(如果坡度为负)或者大于l_max(如果坡度为正)。

当处于“平缓的上坡”或“平缓的下坡”的类别中的视野内的分段之后的一个分段造成那些类别中的分段的进入速度的改变时，它可能意味着进入速度以及由此控制系统的设置点速度被修改并变得高于或低于由上面的“平缓的上坡”或“平缓的下坡”的类别的规则所指示的速度。因此，这适用于当根据后续的分段修改分段的进入速度时。

因此，优选地通过Torricelli方程(1)对所请求的所有速度改变进行渐变，以使得它们在满足舒适度要求的情况下进行。因此，一般的规则是在上坡时不提高设置点速度v_ref，这是由于如果以节约成本的方式驾驶车辆，则必须在爬坡开始之前进行v_ref的任何可能的速度增加。由于相同的原因，在下坡时不应降低设置点速度v_ref，因为必须在下坡行驶之前进行v_ref的任何可能的速度减小。

通过连续地逐步通过视野中的所有分段，可以确定提供针对每个分段的预测的进入值v_i的内部视野。优选地逐个更新视野以便具有恒定的长度，并且由于新的分段被添加到视野，因此连续地对内部视野进行更新，例如，每秒两到三次。根据本发明的实施例，确定进入速度v_i涉及由分段类别的规则所确定的、在前面的分段中产生的进入速度，以使可以满足所述进入速度v_i。连续地逐步通过视野中的分段涉及连续地计算每个分段的进入值v_i，因此计算进入值v_i可能需要改变内部视野中前方和后方两者的进入值。例如，在分段中的预测的速度在设置范围之外的情况中，所期望的是修改之前分段中的速度。

这一点使得可以实现速度范围内的期望速度，并且同时以节省燃料的方式驾驶。

图3了描述相对于路线的内部视野。内部视野如由向前移动的虚线内的视野所指示地连续地向前移动。

在图4、图5和图6中，“LR”表示“平坦的道路”，“GU”表示“平缓的上坡”，“SU”表示“陡峭的上坡”，“SD”表示“陡峭的下坡”，以及“GD”代表“平缓的下坡”。

图4说明了当分段是“陡峭的上坡”类别时，如何根据本方法设置每个分段开始处和末尾处的速度的示例。图中所描述的分段可以分别包括一个或者多个组合分段。这里驾驶员已经采用80km/h的参考速度v_set，并且驾驶员或者模块已经采用v_min＝75km/h的最小速度和v_max＝85km/h的最大速度。在图4中，速度v₁＝80km/h，与参考速度v_set相同。

图4中的分段“A”被归类为“平坦的道路”，其导致在分段后未改变的车辆速度v₂的预测。因此，v₂也是80km/h。

图4中的分段“B”被归类为“陡峭的上坡”。那么，根据公式(2)来计算分段“B”的最终速度v₃。如果计算出v₃比v_min小，即，在75km/h以下，则v₃必须被向上调整v_3﹣v_min，但最多v_max﹣v₂，见公式(9)。

为了例证这一点，为分段“B”后的车辆给出了三个不同的计算的最终速度v₃。

1.如果计算出v₃为75km/h，这意味着不用修改v₂，即v₂＝80km/h并且v₃＝75km/h。

2.如果计算出v₃为73km/h，这意味着v₂被修改+2km/h，即v₂＝82km/h并且v₃变成75km/h。

3.如果v₃已经变为69km/h，这意味着v₂被修改+5km/h，即v₂＝85km/h并且v₃变成74km/h。

对v₂的速度增加也取决于分段“A”的长度。通过使用所计算的导致舒适度可接受的加速度或者减速度(即对于驾驶员来说不算不舒适的加速度或者减速度)，并且通过基于该假设通过例如使用Torricelli方程(1)来可能的最高进入速度v₂，我们也可以修改v₂，以使可以在分段“A”期间维持舒适度要求。

在上坡之后，车辆可能处于比驾驶员所采用的参考速度v_set更低的速度。这个不足可能由系统在例如靠近下坡上进行弥补(在图4中的分段“C”之后)。

图5说明了当分段属于“陡峭的下坡”类别时，如何根据本方法设置每个分段开始处和末尾处的速度的示例。图中所描述的分段可以分别包括一个或者多个组合分段。参考速度v_set为80km/h，并且驾驶员或者模块已经采用v_min＝75km/h的最小速度和v_max＝85km/h的最大速度。在图5中，速度v₅＝80km/h，与参考速度v_set相同。

图5中的分段“D”被归类为“平坦的道路”，其导致分段后未改变的车辆速度v₆的预测。因此，v₆也是80km/h。

图5中的分段“E”被归类为“陡峭的下坡”。那么，根据方程(1)来计算分段“E”的最终速度v₇。如果计算出v₇比v_max多，即，超过85km/h，则v₆必须被向下调整v_6﹣v_max，但最多v_min﹣v₆。如果计算出v₇比v_max大，即，超过85km/h，则v₆必须被调整v_7﹣v_max，但最多v_min﹣v₆，见公式(10)。

为了例证这一点，为分段“E”后的车辆给出了三个不同的计算的最终速度v₇。

1.如果计算出v₇为85km/h，则这意味着不用修改v₆，即v₆＝80km/h并且v₇＝85km/h。

2.如果计算出v₇为87km/h，则这意味着v₆被修改-2km/h，即v₆＝78km/h并且v₇变成85km/h。

3.如果计算出v₇为91km/h，这意味着v₆被修改-5km/h，即v₆＝75km/h并且v₇变成86km/h。

对v₆的速度增加也取决于分段“D”的长度，见图5。在这里我们再次使用例如通过Torricelli方程(5)所计算的减速度，来计算提供舒适度接受的速度增加。

在下坡之后，车辆可能处于比驾驶员所采用的参考速度v_set更高的速度。这个多余可以由系统例如在靠近的上坡上利用(图5中的分段“F”之后)。

图6说明了如何在这里具有1km至2km长度的内部视野中确定每个分段的进入速度和最终速度。在这个示例中，车辆的参考速度v_set是80km/h，v_min是75km/h并且v_max是85km/h。车辆在视野内的第一个分段处的进入速度v_i是80km/h。由于该分段被归类为“平坦的道路”，因此该分段的最终速度v₂将是80km/h。这之后是被归类为“平缓的上坡”的分段，因此，其最终速度v₃被设置为与进入速度v₂相同，80km/h。下一个分段是“陡峭的上坡”，在该示例中针对该分段所预测的最终速度v₄是74km/h。因为这个在v_min以下，并且该分段的类别的规则指示v₄应该是75km/h，所以v₃被调整到81km/h。然后将v₂也被设置成81km/h，并且使用Torricelli方程(1)来确定从v₁(80km/h)到v₂(81km/h)的速度变化是否可以在满足舒适度要求的情况下发生。在该示例中这是可能的，并且因为在“陡峭的上坡”之后的分段是“平缓的上坡”，所以v₅被设置为与v₄相同，即75km/h。接下来是为归类为“平坦的道路”的分段，并且由于参考速度是80km/h，所以根据本发明的方法现在将增加速度，以使v₆是80km/h。本方法检查这是否可以满足舒适度要求，并且在该示例中，Torricelli方程(1)指示出这是不可以的，因为可以在分段的末端获得的最高最终速度是v₆＝77km/h。因此，v₆被预测为77km/h。下一个分段是“平缓的下坡”，所以设置v₇与v₆相同，即77km/h。接下来是被归类为“陡峭的下坡”的分段，并且由公式(2)预测的最终速度v₈是87km/h。由于这个超过85km/h的v_max，所以必须根据该类别的规则用-2km/h修改v₇。因此，v₇变成75km/h，并且v₆变成75km/h。由于v₅已经被设置成75km/h，所以v₅和v₆之间没有必要进行速度增加，并且因此实现了燃料节省。在分段中从v₅开始也不需要再从v₅向后进行任何速度改变，因为v₆＝v₅。紧接着“陡峭的下坡”分段的是被归类为“平缓的下坡”的分段，所以根据该类别的规则速度v₉将是85km/h，与v₈相同。下一个分段被归类为“平坦的道路”，所以速度v₁₀将取决于下一个路段所属于的分段类别。

因此，可变的设置点速度v_ref基本上取决于车辆是否向前行驶：

■上坡，在该种情况下，可能在爬坡之前提高速度

■平坦的道路，在该种情况下，速度可能被提高

■下坡，在该种情况下，可能维持现有的较低的速度。

因此，本方法识别下一个分段类别(“陡峭的上坡”、“平缓的上坡”、“平坦的道路”、“平缓的下坡”或者“陡峭的下坡”)的事实将会影响该方法改变设置点速度的方式。

当在第一陡峭的上坡或者第一陡峭的下坡之后的特定距离L内为陡峭的上坡或者陡峭的下坡时，为了避免不必要地消耗大量燃料，实施例不允许车辆在区段L内的加速和减速二者。在下一个坡之前，只有到所期望的速度v_ref的仅加速或者仅减速可以发生。在图7和图8中说明了该实施例。用点划线表示传统的巡航控制，并且点线表示根据本实施例的巡航控制。这里，区段L被计算为覆盖比预定阈值小的特定距离。根据实施例的阈值是250m-500m。例如可以通过将位于山坡之间的分段的长度加在一起来计算L。在图7中，当车辆已经爬上坡时，在下一个坡之前将v_ref设置为它的期望速度，在该情况中是v_min。其后，贯穿区段L维持该速度，即，直到车辆例如在陡峭的下坡上时为止。因此，避免车辆提高速度的任何需要，因为它将尽力维持速度v_set，以便之后降低速度并且从而在下坡时利用可用的能量，即，通过避免必须制动车辆。当使用传统巡航控制驾驶车辆时，因此在下坡时将由于需要制动而消耗更多的能量，如图所说明。这里v_kfb代表恒定的速度制动设置，即当在下坡时制动车辆时起作用的车辆的辅助制动巡航控制。车辆被制动以避免超过该速度设置。因此如图8所说明的，通过在区段L期间维持恒定速度来节省能量。在图8中，当车辆已经沿着下坡行驶时，在下一坡前将v_ref设置为它的期望速度，在该情况中为v_max。其后，在贯穿区段L维持该速度，即，直到车辆例如在陡峭的上坡上时为止。因此，避免车辆提高速度的任何需要，因为它将尽力维持速度v_set。

本发明也涉及用于调节车辆的速度的模块，如图1所描述。该模块包括视野单元，其适用于通过接收到的由线路分段构成的路线的位置数据和地图数据确定视野，所述线路分段具有针对每个分段的长度和坡度特性。

模块还包括处理器单元，其适用于执行如上所描述的步骤B)到步骤E)。车辆中的控制系统还适用于基于每个分段的进入速度v_i根据速度设置点值v_ref来调节车辆的速度。结果是当路线中存在陡峭的上坡和陡峭的下坡时可以在车辆中被使用以确定控制系统的设置点速度的模块。该模块可以是旨在为其确定设置点值的控制系统的一部分，或者是与控制系统分离的独立模块。

在处理器单元中优选地确定当前传动比、当前车辆重量、发动机的最大扭矩曲线、当前速度下的机械摩擦和/或车辆的行驶阻力的车辆特定值。因此，可以基于此刻的车辆状态来确定阈值。可以从CAN获取或者由适当的传感器检测确定这些值所需的信号。

根据实施例，处理器单元还适用于基于来自发动机扭矩的沿着车辆的运动方向作用的力F_track，来自作用在车轮上的滚动阻力的力F_roll，来自由于分段的坡度α而作用在车辆上的力F_α以及行驶阻力来计算车辆在分段的末端之后的最终速度v_end。优选地使用如上所述的公式(2)，然后可以预测最终速度v_end，从而为能够改变分段的进入速度v_i提供参考。因此，可以根据路线的起伏调节车辆的速度以用节省燃料的方式驾驶，。

根据另一个实施例，处理器单元适用于根据分段的长度来确定分段的进入速度v_i，由此通过根据分段类别的规则通过所计算的最大加速度或者减速度来确定进入速度v_i的最大修改。优选地使用Torricelli方程(1)来计算是否能够在具有舒适度要求的情况下用进入速度v_i实现v_end，并且如果这由于分段的长度而不可能，则对v_i进行增加或减小以使得能够保持舒适度要求，即不维持太多的加速度/减速度。然后保证车辆将关于加速度和减速度而以舒服的方式行驶s。

处理器单元优选地适用于对两个连续的进入速度v_i之间请求的速度改变进行渐变(ramp)，以便为控制系统提供设置点值v_ref的逐步增加或减小。结果是速度的逐渐增加，以使在没有太多加速或者减速的情况下驾驶车辆。

视野单元优选地适用于只要视野没有超出车辆的计划路线就连续地确定视野，并且处理器单元优选地适用于针对内部视野的整个长度连续地执行用于计算和更新控制系统的设置点值的步骤。在实施例中，当车辆沿着路线行驶时，渐进地逐个构建视野。由于要计算的设置点值还取决于车辆的车辆特定值如何沿着路线而改变，因此不考虑是否添加了新的分段而连续地计算和更新控制系统的设置点值。根据实施例，当确定进入速度v_i时，处理器单元适用于确定在它们的类别的规则内的较早分段中出现的进入速度，以使可以实现所述进入速度v_i。计算进入值v_i也可能需要对内部视野中前方和后方二者的进入值进行改变。因此，可以在速度范围内获得期望的速度并且同时以节省燃料的方式驾驶。

根据图7和图8所说明的实施例，当在第一陡峭的上坡或者第一陡峭的下坡之后的特定距离L内是陡峭的上坡或者陡峭的下坡时，处理器单元适用于不允许车辆在区段L内的加速和减速二者。在下一个坡之前，只有到所期望的速度v_ref的加速或者减速可以发生。因此，通过避免在之后将必须降低车辆速度的对车辆速度的增加或者在之后将必须增加速度的对车辆速度的减小，可以节省燃料。

本发明还包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序指令，该计算机程序指令用于使得车辆中的计算机系统在所述计算机程序指令在所述计算机系统上运行时执行根据本方法的步骤。所述计算机程序指令优选地存储在可由计算机系统读取的介质上，例如，CD ROM、USB存储器、或者可以将它们无线地或通过线路发送到计算机系统。

本发明不限于上面描述的实施例。可以使用各种替代、修改和等价形式。因此，前述实施例不限制由所附权利要求所定义的本发明的范围。

Claims (21)

1.一种用于调节车辆的速度的方法，其特征在于所述方法包括：

A)通过由线路分段构成的路线的位置数据和地图数据来确定视野，其中，所述线路分段具有针对每个分段的长度和坡度特性；

B)根据一个或者多个车辆特定值来计算分段的所述坡度的阈值，其中，所述阈值充当用于将分段分配到各种类别中的边界；

C)将每个分段的所述坡度和所述阈值进行比较，并且根据所述比较的结果将所述视野内的每个分段置于类别中；以及，对于被置于指示陡峭的上坡或者陡峭的下坡的类别中的所述视野内的每个分段，所述方法包括：

D)尤其基于所述分段的进入速度v_i来计算在所述分段的末端之后的所述车辆的最终速度v_end；并且如果所计算的最终速度v_end在由v_max和v_min定义的所述车辆的当前参考速度v_set的范围之外，则所述方法执行以下步骤：

E)基于针对所述分段的所计算的最终速度v_end修改所述分段的所述进入速度v_i，其中，所述修改由所述分段的类别的规则定义，以使v_min≤v_end≤v_max，假定v_i在相同的范围内被修改；

F)基于每个分段的所述进入速度v_i，根据速度设置点值v_ref调节所述车辆的速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过当前传动比、当前车辆重量、发动机的最大扭矩曲线、当前速度下的机械摩擦和/或所述车辆行驶阻力来确定所述车辆特定值。

3.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，还基于来自发动机扭矩的沿着所述车辆的运动方向作用的力F_track，来自作用在车轮上的滚动阻力的力F_roll，来自由于所述分段的坡度α而作用在所述车辆上的力F_α以及行驶阻力来计算在所述分段的末端之后的所述车辆的最终速度v_end。

4.根据权利要求1和权利要求2中任意一项所述的方法，其中，步骤E)还包括根据所述分段的长度确定所述分段的所述进入速度v_i，其中，通过根据所述分段类别的规则由所计算的最大加速度或者减速度来确定所述进入速度v_i的最大修改。

5.根据权利要求1和权利要求2中任意一项所述的方法，其中，对在两个连续的进入速度v_i之间所请求的速度变化进行渐变以为控制系统提供逐渐增加或者逐渐减小的速度设置值v_ref。

6.根据权利要求1和权利要求2中任意一项所述的方法，其中，进入速度v_i的确定涉及根据针对所述分段分类的所述规则确定在较早分段内出现的进入速度，以使能够实现所述进入速度v_i。

7.根据权利要求1和权利要求2中任意一项所述的方法，其中，当第一陡峭的上坡或者第一陡峭的下坡之后的特定距离L内紧接着陡峭的上坡或者陡峭的下坡时，在所述特定距离L内不允许所述车辆的加速和减速二者。

8.一种用于调节车辆的速度的模块，其特征在于所述模块包括：

视野单元，其适用于通过由接收的线路分段构成的路线的位置数据和地图数据来确定视野，其中，所述线路分段具有针对每个分段的长度和坡度特性；

处理器单元，其适用于

根据一个或者多个车辆特定值，来计算分段的所述坡度的阈值，其中，所述阈值充当用于将分段分配到各种类别中的边界；

将每个分段的所述坡度和所述阈值进行比较，并且根据所述比较的结果将所述视野内的每个分段置于类别中；以及，对于被置于指示陡峭的上坡或者陡峭的下坡的类别中的所述视野内的每个分段，所述处理器单元适用于：

尤其基于所述分段的进入速度v_i计算在所述分段的末端之后的所述车辆的最终速度v_end；以及

基于所述分段的所计算的最终速度v_end修改所述分段的所述进入速度v_i，其中所述修改由所述分段的类别的规则定义，以使得v_min≤v_end≤v_max，假设在相同的范围内修改v_i；

以及控制系统，其适用于基于每个分段的所述进入速度v_i，根据速度设置点值v_ref来调节所述车辆的速度。

9.根据权利要求8所述的模块，其中，通过当前传动比、当前车辆重量、发动机的最大扭矩曲线、当前速度下的机械摩擦和/或所述车辆行驶阻力来确定所述车辆特定值。

10.根据权利要求8和权利要求9中任意一项所述的模块，其中，所述处理器单元适用于还基于来自发动机扭矩的沿着所述车辆的运动方向作用的力F_track，来自作用在车轮上的滚动阻力的力F_roll，来自由于所述分段的坡度α而作用在所述车辆上的力F_α以及行驶阻力来计算在所述分段的末端之后的所述车辆的最终速度v_end。

11.根据权利要求8和权利要求9中任意一项所述的模块，其中，所述处理器单元适用于根据所述分段的长度确定所述分段的所述进入速度v_i，其中，通过根据所述分段类别的规则由所计算的最大加速度或者减速度来确定所述进入速度v_i的最大修改。

12.根据权利要求8和权利要求9中任意一项所述的模块，其中，所述处理器单元适用于对在两个连续进入速度v_i之间所请求的速度变化进行渐变以为所述控制系统提供逐渐增加或者逐渐减小的速度设置值v_ref。

13.根据权利要求8和权利要求9中任意一项所述的模块，其中，当确定进入速度v_i时，所述处理器单元适用于根据针对所述分段分类的所述规则确定在较早分段内出现的进入速度，以使能够实现所述进入速度v_i。

14.根据权利要求8和权利要求9中任意一项所述的模块，其中，当第一陡峭的上坡或者第一陡峭的下坡之后的特定距离L内紧接着陡峭的上坡或者陡峭的下坡时，所述处理器单元适用于不允许在所述特定距离L内的所述车辆的加速和减速二者。

15.一种用于调节车辆的速度的装置，其特征在于所述装置包括：

用于通过由线路分段构成的路线的位置数据和地图数据来确定视野的单元，其中，所述线路分段具有针对每个分段的长度和坡度特性；

用于根据一个或者多个车辆特定值来计算分段的所述坡度的阈值的单元，其中，所述阈值充当用于将分段分配到各种类别中的边界；

用于将每个分段的所述坡度和所述阈值进行比较并且根据所述比较的结果将所述视野内的每个分段置于类别中的单元；以及，对于被置于指示陡峭的上坡或者陡峭的下坡的类别中的所述视野内的每个分段，所述装置包括：

用于尤其基于所述分段的进入速度v_i来计算在所述分段的末端之后的所述车辆的最终速度v_end的单元；并且如果所计算的最终速度v_end在由v_max和v_min定义的所述车辆的当前参考速度v_set的范围之外，则所述装置还包括：

用于基于针对所述分段的所计算的最终速度v_end修改所述分段的所述进入速度v_i的单元，其中，所述修改由所述分段的类别的规则定义，以使v_min≤v_end≤v_max，假定v_i在相同的范围内被修改；

用于基于每个分段的所述进入速度v_i，根据速度设置点值v_ref调节所述车辆的速度的单元。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，通过当前传动比、当前车辆重量、发动机的最大扭矩曲线、当前速度下的机械摩擦和/或所述车辆行驶阻力来确定所述车辆特定值。

17.根据权利要求15和权利要求16中任意一项所述的装置，其中，还基于来自发动机扭矩的沿着所述车辆的运动方向作用的力F_track，来自作用在车轮上的滚动阻力的力F_roll，来自由于所述分段的坡度α而作用在所述车辆上的力F_α以及行驶阻力来计算在所述分段的末端之后的所述车辆的最终速度v_end。

18.根据权利要求15和权利要求16中任意一项所述的装置，其中，用于修改所述分段的所述进入速度v_i的单元还包括用于根据所述分段的长度确定所述分段的所述进入速度v_i的单元，其中，通过根据所述分段类别的规则由所计算的最大加速度或者减速度来确定所述进入速度v_i的最大修改。

19.根据权利要求15和权利要求16中任意一项所述的装置，其中，对在两个连续的进入速度v_i之间所请求的速度变化进行渐变以为控制系统提供逐渐增加或者逐渐减小的速度设置值v_ref。

20.根据权利要求15和权利要求16中任意一项所述的装置，其中，进入速度v_i的确定涉及根据针对所述分段分类的所述规则确定在较早分段内出现的进入速度，以使能够实现所述进入速度v_i。

21.根据权利要求15和权利要求16中任意一项所述的装置，其中，当第一陡峭的上坡或者第一陡峭的下坡之后的特定距离L内紧接着陡峭的上坡或者陡峭的下坡时，在所述特定距离L内不允许所述车辆的加速和减速二者。