CN105438179B - 用于通过额定速度的预先规定来运行机动车的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行机动车（1）的方法，该方法具有以下步骤：‑提供（S1）最有可能地有待驶过的、位于前面的行驶线路的路段以及被分配给所述路段的线路参数；‑将所述最有可能地有待驶过的、位于前面的行驶线路划分（S2）为部分区段；‑在预先给定的目标函数方面对在所述部分区段的区段界限上的额定速度实施（S3）优化；‑内插（S4）在所述区段界限的位置上得到的额定速度，用于得到所述额定速度的变化曲线；‑在所述额定速度的变化曲线的预先规定的基础上运行所述机动车（1）。

Description

用于通过额定速度的预先规定来运行机动车的方法和装置
技术领域
本发明涉及机动车、尤其是用于按照优化目标、比如燃料消耗的最小化来对额定速度的预先规定进行优化的方法。
背景技术
现今的、用于机动车的驾驶员协助系统尤其包括速度调节机构。这能够通过对位于前面的行驶线路的考虑来预先给定额定速度的变化曲线，通过所述额定速度的变化曲线可以降低用于驶过所述行驶线路的燃料消耗。对于混合动力驱动系统来说，此外存在着求得负荷分配的自由度，所述负荷分配预先给定有待通过不同的驱动单元来提供的驱动功率的划分情况。由此产生一种广泛的优化问题，所述优化问题由于机动车中的有限的计算能力迄今不能在令人满意的持续时间里理想地得到解决。
公开文献WO 2013/087536 A1公开了一种用于对机动车的能量消耗进行管理的方法，其中将行驶线路划分为分段，为所述分段分别分配一种速度，机动车应该以这种速度来驶过这个分段。为相应两个分段之间的速度变换分配一种可能性。将一种能量消耗模型运用到所述分段之间的可能性上，用于实施优化。
发明内容
按照本发明，设置了一种按权利要求1所述的、通过额定速度的预先规定来运行机动车的方法以及按并列的权利要求所述的装置和机动车。
其它的设计方案在从属权利要求中得到了说明。
按照第一方面，设置了一种用于运行机动车的方法，该方法具有以下步骤：
-提供最有可能地有待驶过的、位于前面的行驶线路的路段以及被分配给所述路段的线路参数；
-将所述最有可能地有待驶过的、位于前面的行驶线路划分为部分区段；
-在预先给定的目标函数方面对在所述部分区段的区段界限上的额定速度实施优化；
-对于在所述区段界限的位置上得到的额定速度进行内插，用于得到所述额定速度的变化曲线；
-在所述额定速度的变化曲线的预先规定的基础上运行所述机动车。
上述方法的构思在于，将用于对在位于前面的行驶线路范围内的额定速度的变化曲线进行优化的优化问题转化为一种优化问题，并且而后如此简化这种问题，从而能够在较短的计算时间里获得较好的解决品质。为此，将大概可能有待驶过的行驶线路划分为部分区段，并且按照目标函数仅仅在所述行驶线路的部分区段之间的区段界限的位置上对在所述行驶线路范围内的额定速度的变化曲线进行优化。
速度计划，也就是所述区段界限上的额定速度的调整或者变化由元启发式算法（Metaheuristiken）来承担，所述元启发式算法保证了检索空间的探究和利用之间的良好的折衷方案。
由此实现这一点：在预先给定的速度极限之内按照一种尤其对关于燃料消耗的说明进行定义的目标函数来对机动车的、在位于前面的行驶线路范围内的、额定速度的变化曲线进行优化。
尤其这种处理方式也能够在混合动力的驱动系统中将优化与负荷分配（转矩划分）组合起来。
通过上述方法，尤其将难以解决的、用于以能量使用最佳的/燃料使用最佳的方式对在给定的、位于前面的行驶线路上的额定速度进行预先规定的优化问题转化为得到简化的优化问题。在此仅仅为了所述部分区段之间的区段界限来对额定速度预先规定进行优化-其中所述行驶线路被划分为所述部分区段-，并且在其之间通过内插法来对所述区段界限上的、通过所述优化求得的额定速度之间的转换进行约计。在混合动力的驱动系统中，可以同时或者在后来设置对于所述负荷分配的相应的确定或者优化。
此外，可以从由驾驶员输入的导航数据中或者从经验值中在已经驶过的行驶线路的基础上确定最有可能地有待驶过的行驶线路。
可以规定，关于从所述最有可能的行驶线路中产生的路段的信息包含与消耗相关的线路参数，所述线路参数尤其包括关于线路上坡或者下坡、关于路面状态或者路面类型和/或关于一个或者多个速度极限的说明。
可以规定，将所述行驶线路划分为部分区段，所述部分区段在所述区段界限上彼此毗连，其中所述区段界限
-等距地被分布；并且/或者
-被设置在所述行驶线路的下述位置上：在该位置上预先给定的上速度极限和/或下速度极限的梯度发生变化；并且/或者
-被设置在所述行驶线路的下述位置上，在该位置上一种上能量极限和/或下能量极限的梯度发生变化，其中所述上能量极限或者下能量极限作为所述机动车的、在所述行驶线路的该位置上的可能的能量与在一种速度和所述上速度极限与下速度极限相对应时的动能的总和来产生。
按照一种实施方式，所述目标函数可以相应于所述区段上的燃料消耗的总和。
此外，所述优化可以建立在元启发式方法、尤其是模拟加强算法或者进化算法、尤其是入侵性杂草优化方法的基础上。作为另一种优化方法，可以使用动态的编程。
可以规定，对于混合动力的驱动系统来说在所述额定速度的、所得到的变化曲线的基础上实施ECMS方法，用于按照燃料消耗优化求得所述驱动单元之间的负荷分配。
尤其所述目标函数可以取决于所求得的负荷分配，其中以迭代的方式实施所述优化以及接下来的ECMS方法。
此外，可以借助于自动的速度调节在所述额定速度的变化曲线的预先规定的基础上运行所述机动车。
按照另一方面，设置了一种用于运行机动车的装置、尤其是车辆控制仪，其中所述装置构造用于执行上述方法之一。
此外，可以借助于线性的或者三次幂的函数来内插在所述区段界限的位置上得到的额定速度。
按照另一方面，设置了一种具有混合动力的驱动系统以及上述装置的机动车。
附图说明
下面借助于附图对实施方式进行详细解释。附图示出：
图1是具有驾驶员协助系统的机动车的示意图；
图2是用于说明方法步骤的流程图，所述方法步骤则用于在考虑到位于前面的行驶线路的情况下通过优化方法来求得额定速度的预先规定；并且
图3是用于示出通过在为行驶线路预先给定的速度极限的、表示出特征的点上划分行驶线路的方式来将行驶线路分段划分为路段的情况的图示。
具体实施方式
图1示出了一种具有混合动力的驱动系统2的机动车，所述混合动力的驱动系统具有第一驱动单元3、比如内燃机以及第二驱动单元4、比如电驱动装置。所述第一驱动单元3和所述第二驱动单元4可以一起或者单独地将驱动力矩、也就是驱动功率通过（未示出的）传动轴来提供给驱动轮。
通过燃料箱6来向所述作为第一驱动单元3的内燃机供给作为化学的能源载体的燃料。由电的蓄能器7向所述作为第二驱动单元4的电驱动装置4供给电能。
此外，所述混合动力的驱动系统2包括混合动力控制仪5，用于操控所述第一驱动单元3和所述第二驱动单元4，用于提供相应的部分驱动力矩。
设置了一种车辆控制仪10，该车辆控制仪向所述混合动力控制仪5说明关于有待提供的驱动力矩的信息以及关于负荷分配的信息。所述负荷分配以有待提供的总驱动功率或者有待提供驱动力矩来说明有待由不同的驱动单元3、4提供的部分驱动功率或者部分驱动力矩的划分情况。有待提供的总驱动功率或者有待提供的驱动力矩作为调节量从速度调节机构11中产生，所述速度调节机构可以在所述控制仪10中或者与其分开地实现。
所述速度调节机构11用于通过将调节量提供给所述混合动力控制仪5的方式来将所述机动车的速度调节到额定车速。所述速度调节机构11可以构造用于：在取决于所述车速的、相对于额定车速的调节偏差的情况下作为调节量来将关于有待提供的驱动力矩的说明提供给所述混合动力控制仪5。
所述车辆控制仪10可以与可以被包含在导航系统中的行驶线路信息系统12处于连接之中。所述行驶线路信息系统12可以是驾驶员协助系统的一部分或者是导航系统的一部分。所述行驶线路信息系统12可以访问地图存储器，所述地图存储器可以提供关于路段的信息。
所述行驶线路信息系统12可以提供关于位于前面的行驶线路的信息。所述行驶线路信息系统12在比如由驾驶员提供的导航数据或者类似数据的基础上求得行驶线路，由所述机动车要以最大的可能性来驶过所述行驶线路（最有可能的行驶线路）。此外，所述最有可能的行驶线路也可以以本身熟知的方式从关于以前已经驶过的行驶线路的、历史的行驶数据中确定。
所述最有可能的行驶线路通过一个或者多个相关的路段来确定。所述行驶线路信息系统12除了关于所述路段的变化曲线的说明之外，也向所述车辆控制仪10提供与燃料消耗有关的、用于相关的路段中的每个路段以及速度极限的参数，所述速度极限比如从法律上的速度预先规定、建议速度或者转弯半径中产生。
所述车辆控制仪10包括一优化单元13，该优化单元从所述行驶线路信息系统12处得到关于所述行驶线路的路段的说明，包括与燃料消耗有关的、用于所述路段中的每个路段的参数。
结合图2的流程图，说明一种用于在能耗方面对机动车的运行进行优化的方法，所述方法可以在所述优化单元13中来实施。
在步骤S1中，提供关于最有可能地有待驶过的行驶线路的、彼此邻接的路段的信息。所述最有可能地有待驶过的行驶线路从比如由驾驶员输入的导航数据中、从经验值中在已经在过去驶过的行驶线路或者类似参数的基础上产生。
所述关于从最有可能的行驶线路中产生的路段的信息可以包含与消耗有关的线路参数、比如关于线路上坡或者下坡、关于路面状态或类型、比如高速公路、乡下公路、市内路段的说明以及比如从法律上的速度预先规定、建议速度或者转弯半径中产生的速度极限。
在步骤S2中将所述行驶线路重新划分为部分区段。这样的划分可以通过不同的策略来进行。比如可以在速度带的、表示出特征的点上将所述行驶线路划分为部分区段，所述速度带通过在所述行驶线路的路段的范围内的、速度极限的变化曲线来预先给定。在图3中，在通过所述速度极限K1、K2预先给定的速度带G的、表示出特征的点上示出了所述行驶线路的划分情况。所述部分区段在此可以通过所述行驶线路的下述的位置来定义：在该位置上存在着所述上速度极限及下速度极限K1、K2的变化曲线的、梯度的变化。这些位置而后形成相应两个部分区段之间的所述区段界限A。
作为替代方案，也可以借助于所算出的能量带在所述速度带的基础上划分为部分区段。在此，可以在预先给定的速度极限的基础上算出车辆的、沿着行驶线路的势能和动能，从而产生用于对所述能量带进行定义的能量极限的变化曲线。像在所述速度带中那样，在此可以通过所述行驶线路的下述的位置来定义所述部分区段：在该位置上存在着所述上能量极限和下能量极限的变化曲线的梯度的变化。
此外，也可以在不取决于所述行驶线路的路段的线路参数的情况下，等距地或者以其它的预先给定的方式将所述行驶线路划分为部分区段。
在步骤S3中，对所述额定速度进行优化。与传统的方法相比，在此对在整个位于前面的行驶线路的范围内的、额定速度的不可能的速度变化曲线进行观察，并且对于所述燃料消耗相应地进行优化。更确切地说，仅仅在所述部分区段之间的区段界限上求得在前面的区段上的额定速度及相应的燃料消耗。通过在所述区段界限上的额定速度的组合，可以求得所分配的燃料消耗的、总和的最小值。
借助于元启发式算法来对在所述位于前面的行驶线路的范围内的、额定速度的变化曲线进行优化，其中所述优化问题可以被理解为组合的优化问题。在此必须找到处于所述部分区段之间的区段界限上的额定速度的组合，该组合引起被分配给相应的额定速度的燃料消耗的、尽可能小的总和。所述优化仅仅在考虑到在处于所述部分区段之间的区段界限上存在的参数的情况下作为用于所述优化的尺度来进行。由此可以显著地降低所述优化问题的复杂性。作为另一种优化方法，可以以所熟知的方式来使用动态的编程。
如果在步骤S3中为每个区段界限求得额定速度，由此在那里所分配的燃料消耗的总和得到了优化或者被降低到最低限度，那就可以在步骤S4中利用所述区段界限上的额定速度的、所求得的点作为速度轨迹通过内插法来求得在整个行驶线路的范围内的、得到优化的额定速度的变化曲线。
所述得到优化的额定速度的变化曲线比如可以通过所述区段界限上的额定速度的、线性的连接或者通过在所述区段界限上的额定速度之间进行三次方的内插这种方式来产生。也能够设想在所述区段界限上的额定速度之间进行内插的可行方案。
随后，对于混合动力驱动系统来说，借助于ECMS方法（ECMS：EquivalentConsumption Minimization Strategy（等价消耗最小化策略））作为将部分驱动功率或者部分驱动力矩分配到所述驱动单元上的方案根据对于所述燃料消耗的再度的优化来确定一种最佳的负荷分配。
也可以规定，同时对所述额定速度和所述负荷分配进行优化。而后如此实施所述优化，从而对在所述额定速度与所述负荷分配之间的相互影响加以考虑。所述负荷分配比如可以作为等效因数或者转矩分配来确定。
尤其可以规定，借助于所述ECMS方法在每个部分区段中将所述驱动单元的功率的、经过加权的总和降低到最低限度。作为输入参数来确定负荷分配，这一点在此对所述燃料消耗具有决定性的影响，并且必要时可以前瞻性地根据用于提供驱动能量的、电的蓄能器的剩余容量来进行调整。
随后，结合为此求得的负荷分配来对所述额定速度的所求得的变化曲线进行评估。这样的评估比如可以代表着关于在所观察的行驶线路的范围内的、全部的燃料消耗的说明。现在可以在所述区段界限上的、以前为所述部分区段所求得的负荷分配的基础上再度对所述区段界限上的额定速度进行优化。由此可以通过优化以迭代的方式实施所述优化问题。
为了解决所述优化问题，可以使用基于大众的方法，比如进化算法、尤其比如是入侵性杂草优化方法（IWO（Invasive Weed Optimization））。在这种方法中，作为对于在所述区段界限上的额定速度的调节的补充，也可以对所述各个部分区段上的负荷分配进行调整。
作为另一种用于所述优化的方法，可以使用其它元启发式方法、比如模拟加强方法（Simulated Annealing-Verfahren）。也能够设想其它的元启发式方法或者局部的检索方法。

Claims (13)

1.用于运行机动车（1）的方法，具有以下步骤：
-提供（S1）最有可能地有待驶过的、位于前面的行驶线路的路段以及被分配给所述路段的线路参数；
-将最有可能地有待驶过的、位于前面的所述行驶线路划分（S2）为部分区段；
-在预先给定的目标函数方面对在所述部分区段的区段界限上的额定速度实施（S3）优化；
-内插（S4）在所述区段界限的位置上得到的额定速度，用于得到所述额定速度的变化曲线；
-在所述额定速度的变化曲线的预先规定的基础上运行所述机动车（1）。
2.按权利要求1所述的方法，其中在已经驶过的行驶线路的基础上从由驾驶员输入的导航数据中或者从经验值中确定所述最有可能地有待驶过的行驶线路。
3.按权利要求1或2所述的方法，其中所述关于从最有可能的行驶线路中产生的路段的信息包括与消耗有关的线路参数，所述线路参数包括关于线路上坡或者下坡、关于路面状态或者类型以及/或者关于一个或者多个速度极限的说明。
4.按权利要求1或2所述的方法，其中所述行驶线路被划分为部分区段，所述部分区段在所述区段界限上彼此毗连，其中所述区段界限
-等距地被分布；或者
-被设置在所述行驶线路的下述位置上：在该位置上一种预先给定的上速度极限和/或下速度极限的梯度发生变化；或者
-被设置在所述行驶线路的下述位置上：在该位置上一种上能量极限和/或下能量极限的梯度发生变化，其中所述上能量极限或者下能量极限作为所述机动车的、在所述行驶线路的该位置上的、可能的能量与在一种速度和所述上速度极限或者下速度极限相对应时的动能的总和来产生。
5.按权利要求1或2所述的方法，其中所述目标函数相应于在所述区段界限上的燃料消耗的总和。
6.按权利要求1或2所述的方法，其中所述优化可以建立在元启发式方法、模拟加强方法或者进化算法、入侵性杂草优化方法或者动态的编程的基础上。
7.按权利要求1或2所述的方法，其中对于混合动力的驱动系统来说在所述额定速度的、所得到的变化曲线的基础上实施一种ECMS方法，用于按照燃料消耗优化来求得所述驱动系统的驱动单元之间的负荷分配。
8.按权利要求7所述的方法，其中所述目标函数取决于所求得的负荷分配，其中以迭代的方式实施所述优化以及接下来的ECMS方法。
9.按权利要求1或2所述的方法，其中借助于自动的速度调节在所述额定速度的变化曲线的预先规定的基础上运行所述机动车。
10.按权利要求1或2所述的方法，其中借助于线性的或者三次幂的函数来对于在所述区段界限的位置上得到的额定速度进行内插。
11.用于运行机动车（1）的装置，其中所述装置构造用于：执行按权利要求1到10中任一项所述的方法之一。
12.具有混合动力的驱动系统和按权利要求11所述的装置的机动车（1）。
13.机器可读的存储介质，在该机器可读的存储介质上保存了计算机程序，其中该计算机程序被设立用于执行按权利要求1到10中任一项所述的方法的所有步骤。
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