CN105966399B - 车辆的自动巡航控制器及其方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种车辆的自动巡航控制器及其方法和系统，该方法包括基于扭矩差来检测解除扭矩限制的时间。该扭矩差被定义为计算出的扭矩ur与扭矩指令中的扭矩u之间的差值。在解除扭矩限制时使用基于扭矩差以及比例‑积分(PI)控制增益所确定的调整的值来动态地调整车辆的目标速度。

Description

车辆的自动巡航控制器及其方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请基于并且要求于2015年3月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0033814号的优先权的权益，将该申请的公开内容整体结合到本文中以供参考。
技术领域
本公开涉及一种车辆的自动巡航控制器及其方法，并且更具体而言，涉及一种通过在解除扭矩限制时动态地调整自动巡航的目标速度来防止在解除扭矩限制时出现的扭矩指令的急剧增大的技术。
背景技术
近来，已研制出各种类型的驾驶员方便设备，并且特别地，自动巡航控制器已经变得普遍并且已安装在大部分车辆内。
当车辆行驶在高速公路等上时，自动巡航控制器允许车辆遵循设定的目标速度，即使是在不执行通过驾驶员驱动加速踏板的情况下。
特别地，当车辆在设定的目标速度下以恒定的速度驾驶的同时行驶在上坡路段上时，自动巡航控制器通过执行加速度控制来遵循目标速度，在该加速度控制中，额外补偿空气量和燃油量。
此外，当车辆在设定的目标速度下以恒定的速度驾驶的同时行驶在下坡路段上时，由于重力加速度所引起的加速造成车辆的速度超过目标速度，所以自动巡航控制器通过对引擎输出扭矩的控制来执行速度限制。在此，在尽管限制引擎输出扭矩车辆也不遵循目标速度的情况下，自动巡航控制器通过执行制动控制或执行传输控制来遵循目标速度。
同时，车辆通常限制驱动设备的扭矩。例如，在多种情况(诸如，可用功率限制情况、过热、低电量等)下，限制驱动设备的扭矩。
当解除上述扭矩限制情况时，由于根据相关技术的自动巡航控制器生成大扭矩指令以使车辆的当前速度增大至目标速度，所以存在自动巡航控制器使车辆的驱动系统磨得厉害(hard on)或造成驾驶员感到乘坐不舒适的问题。
发明内容
已做出本公开，以解决在现有技术中出现的上述问题，同时保持通过现有技术实现的优点未受影响。
本公开的一个方面提供了这样一种车辆的自动巡航控制器及其方法，即，能够通过在解除扭矩限制时动态地调整自动巡航的目标速度来防止在解除扭矩限制时出现的扭矩指令的急剧增大。
本公开的目的不限于上述目的，并且本公开的其他目的和优点可以通过以下说明来理解并且将通过本发明构思的实施方式来清楚地说明。此外，将容易了解的是，本公开的目的和优点可以通过在所附权利要求中示出的装置及其组合来实现。
根据本发明构思的一个示例性实施方式，一种车辆的自动巡航控制器包括：解除时间检测器，被配置为基于扭矩差来检测解除扭矩限制的时间，该扭矩差被定义为计算出的扭矩ur与扭矩指令中的扭矩u之间的差值。该自动巡航控制器还包括速度调整器，该速度调整器被配置为在解除扭矩限制时使用基于扭矩差以及比例-积分(PI)控制增益所确定的调整的值X来动态地调整车辆的目标速度。
在某些实施方式中，解除时间检测器可以包括扭矩差计算器，该扭矩差计算器被配置为从计算出的扭矩ur中减去扭矩指令中的扭矩u，并且速度调整器可以包括：初始速度检测器，被配置为在通过从在先前时间n计算出的调整的目标速度
Figure BDA0000790704450000031
中减去在当前时间(n+1)计算出的调整的值X而获得的结果与车辆的当前速度
Figure BDA0000790704450000032
之间检测哪个值较大；动态速率限制器，被配置为基于由初始速度检测器检测出的初始速度来生成调整的目标速度
Figure BDA0000790704450000033
开关，被配置为将设定的目标速度
Figure BDA0000790704450000034
选择性地传递至动态速率限制器；以及开关控制器，被配置为控制开关，以在解除扭矩限制时在阈值时间期间将由初始速度检测器检测出的初始速度传递至动态速率限制器。
根据本公开的另一个示例性实施方式，一种车辆的自动巡航控制的方法包括：基于扭矩差，检测解除扭矩限制的时间，该扭矩差被定义为计算出的扭矩ur与扭矩指令中的扭矩u之间的差值；以及在解除扭矩限制时使用基于扭矩差以及比例-积分(PI)控制增益所确定的调整的值X来动态调整车辆的目标速度。
在某些实施方式中，该方法可以进一步包括：由扭矩差计算器从计算出的扭矩ur中减去扭矩指令中的扭矩u；由初始速度检测器在通过从在先前时间n计算出的调整的目标速度
Figure BDA0000790704450000035
中减去在当前时间(n+1)计算出的调整的值X而获得的结果与车辆的当前速度
Figure BDA0000790704450000036
之间检测哪个值较大；由开关将设定的目标速度
Figure BDA0000790704450000037
选择性地传递至动态速率限制器；由开关控制器控制开关，以在解除扭矩限制时在阈值时间期间将由初始速度检测器检测出的初始速度传递至动态速率限制器；以及由动态速率限制器基于由初始速度检测器检测出的初始速度来生成调整的目标速度
Figure BDA0000790704450000038
在根据本发明构思的另一个方面中，包括一种车辆的自动巡航控制系统。该系统包括补偿扭矩生成器，该补偿扭矩生成器被配置为基于一个或多个路况来生成第一扭矩。自动巡航控制器被配置为基于扭矩差来检测解除扭矩限制的时间，该扭矩差被定义为计算出的扭矩ur与扭矩指令中的扭矩u之间的差值，并且该自动巡航控制器被配置为在解除扭矩限制时使用基于扭矩差以及比例-积分(PI)控制增益所确定的调整的值X来动态地调整车辆的目标速度。第一计算器可以被配置为通过从由自动巡航控制器调整的目标速度中减去车辆的当前速度来确定误差。比例-积分(PI)控制器可以被配置为确定与由第一计算器确定的误差相对应的扭矩。第二计算器可以被配置为通过使用由补偿扭矩生成器生成的第一扭矩补偿由PI控制器确定的扭矩来确定第二扭矩。可用扭矩饱和器可以被配置为在驱动器中使第二扭矩在物理上饱和并且定义第二扭矩的上限值和下限值。扭矩指令限制器可以被配置为限制在物理上饱和的第二扭矩并且输出新的扭矩指令。
附图说明
从以下结合附图进行的详细描述中，本公开的以上和其他目的、特征以及优点将更加显而易见。
图1是应用于本公开中的自动巡航系统的一个实例的配置图。
图2是根据本公开的车辆的自动巡航控制器的一个实例的配置图。
图3是示出应用了本公开的自动巡航系统的性能分析结果的例证图。
图4是示出应用了本公开的自动巡航系统的性能分析结果的另一个例证图。
图5是示出应用了本公开的自动巡航系统的性能分析结果的另一个例证图。
图6是根据本公开的车辆的自动巡航控制的方法的一个实例的流程图。
具体实施方式
从下面参照附图详细描述的具体实施方式中，上述目的、特征以及优点将变得显而易见。因此，本公开所属领域的技术人员可以容易地实践本公开的技术理念。此外，在描述本发明构思的实施方式时，在判断与本公开相关联的众所周知的技术的详细描述可能不必要地使本公开的主旨不清楚的情况下，将省略详细描述。在下文中，将参照附图详细描述本发明构思的示例性实施方式。
在本公开中，术语“扭矩指令”意指包括扭矩值的指令。
图1是根据本发明构思的一个实施方式的自动巡航系统的一个实例的配置图。
如图1中所示，在某些实施方式中，应用了本公开的自动巡航系统包括补偿扭矩生成器10、自动巡航控制器20、第一计算器(减法器)30、比例-积分(PI)控制器40、第二计算器(加法器)50、可用扭矩饱和器60以及扭矩指令限制器70。
将描述上述元件中的每个。首先，补偿扭矩生成器10基于道路的坡道阻力(倾角
Figure BDA0000790704450000051
)、空气阻力、摩擦力等生成补偿扭矩。
随后，自动巡航控制器20检测解除扭矩限制的时间，并且在解除扭矩限制时调整自动巡航的目标速度
Figure BDA0000790704450000052
从而不会造成驾驶员感到乘坐不舒适。在这种情况下，将车辆的当前速度
Figure BDA0000790704450000053
输入至自动巡航控制器20和第一计算器30。
即，自动巡航控制器20在解除扭矩限制时使自动巡航的目标速度减小至初始速度，并且然后使初始速度逐渐增大至目标速度。在此，下面将参照图2详细描述计算初始速度的方法。
接下来，第一计算器30计算误差e，该误差是通过从由自动巡航控制器20调整的目标速度(在下文中，被称为调整的目标速度
Figure BDA0000790704450000061
)中减去车辆的当前速度而获得的结果。
接下来，PI控制器40计算与由第一计算器30计算出的误差相对应的扭矩。
接下来，第二计算器50使用由补偿扭矩生成器10生成的补偿扭矩来补偿由PI控制器40计算出的扭矩。即，第二计算器50对由PI控制器40计算出的扭矩和由补偿扭矩生成器10生成的补偿扭矩求和。
接下来，可用扭矩饱和器60(其是在驱动器中使由第二计算器50补偿的扭矩在物理上饱和的模块)定义由第二计算器50补偿的扭矩的上限值和下限值。
接下来，扭矩指令限制器70限制扭矩(在下文中，被称为计算出的扭矩ur)，该扭矩在驱动器中由可用扭矩饱和器60在物理上饱和。即，扭矩指令限制器70使计算出的扭矩减小，以输出扭矩指令。在这种情况下，扭矩指令包括扭矩值u。
图2是根据本公开的车辆的自动巡航控制器的一个实例的配置图。
如图2中所示，在某些实施方式中，根据本公开的车辆的自动巡航控制器20包括扭矩差计算器210、初始速度检测器220、开关控制器230、开关240以及动态速率限制器250。
将描述上述元件中的每个。首先，扭矩差计算器210执行计算，其中，从计算出的扭矩ur中减去扭矩指令中所包含的扭矩u。
即，扭矩差计算器210通过从计算出的扭矩ur与0之间的较大值中减去扭矩指令中的扭矩u与0之间的较大值而排除具有表示扭矩的减小的负值的计算出的扭矩ur以及扭矩指令中的扭矩u。在某些实施方式中，在这种情况下，在限制扭矩的情况下，计算出的扭矩ur通常具有比扭矩指令中的扭矩u大的值。
在某些实施方式中，上述扭矩差计算器210包括：第一比较器211，输出计算出的扭矩ur与0之间的较大值；第二比较器212，输出扭矩指令中的扭矩与0之间的较大值；以及第一减法器213，执行计算，其中，从第一比较器211的输出值中减去第二比较器212的输出值。
接下来，在某些实施方式中，初始速度检测器220检测通过从在先前时间计算出的调整的目标速度
Figure BDA0000790704450000071
中减去在当前时间计算出的调整的值X而获得的结果与车辆的当前速度
Figure BDA0000790704450000072
之间的较大值。在这种情况下，当假设当前时间是n+1时，先前时间由n表示。
在此，当前时间n+1的调整的值X表示通过用在先前时间n由扭矩差计算器210计算出的值
Figure BDA0000790704450000074
除以PI控制器40的增益(KP+KI)而获得的值(恒定值)，如由以下等式1表示的。
【等式1】
Figure BDA0000790704450000073
在某些实施方式中，初始速度检测器220包括计算器221、第二减法器222以及选择器223。
计算器221计算上述等式1。
第二减法器222从在先前时间计算出的调整的目标速度
Figure BDA0000790704450000081
中减去在当前时间计算出的调整的值X。
选择器223选择第二减法器222的减法结果与车辆的当前速度
Figure BDA0000790704450000082
之间的较大值。
接下来，在某些实施方式中，当由扭矩差计算器210计算出的结果是0(即，计算出的扭矩ur和扭矩指令中的扭矩u具有相同的值)时，开关控制器230确定解除扭矩限制并且控制开关240。
即，开关控制器230控制开关240，以在解除扭矩限制时将初始速度检测器220的输出传递至动态速率限制器250，并且再次返回到原始位置。在这种情况下，原始位置表示将设定的目标速度
Figure BDA0000790704450000083
传递至动态速率限制器250的位置。
结果，开关控制器230控制开关240，使得在解除扭矩限制时被传递目标速度
Figure BDA0000790704450000084
的动态速率限制器250立即接收初始速度检测器220的输出。
接下来，在开关控制器230的控制下，开关240将目标速度
Figure BDA0000790704450000085
或由初始速度检测器220检测出的初始速度传递至动态速率限制器250。
接下来，在某些实施方式中，动态速率限制器250基于由初始速度检测器220检测出的初始速度来调整目标速度
Figure BDA0000790704450000086
如上所述调整的目标速度被称为调整的目标速度
Figure BDA0000790704450000087
即，动态速率限制器250以预定的速率改变初始速度，以生成调整的目标速度
Figure BDA0000790704450000088
图3(其是示出应用了本公开的自动巡航系统的性能分析结果的例证图)示出了以下情况：其中，自动巡航系统执行控制，以在恢复加速驾驶时保持预定梯度并且在解除扭矩限制时具有预定下降速率。
在图3中，参考数字310表示根据传统方法的目标速度，320表示根据本发明构思的一个实施方式的方法的目标速度，330表示根据传统方法的车辆的速度，340表示根据本发明构思的一个实施方式的方法的车辆的速度，350表示根据传统方法的扭矩，并且360表示根据本发明构思的一个实施方式的方法的扭矩。
从图3中可以看出，在某些实施方式中，与传统方法相比，根据本发明构思的一个实施方式的方法的目标速度减小了多达调整的值X，并且然后逐渐增大，并且车辆的速度缓慢增大。此外，可以看出，与在解除扭矩限制时扭矩急剧增大的传统方法相比，扭矩也缓慢增大。
图4(其是示出应用了本公开的自动巡航系统的性能分析结果的另一个例证图)示出了车辆爬行10％的斜坡道路的情况。
在图4中，参考数字410表示根据传统方法的扭矩，并且420表示根据本发明构思的一个实施方式的方法的扭矩。
此外，参考数字430表示根据传统方法的目标速度，440表示根据本发明构思的一个实施方式的方法的目标速度，450表示根据传统方法的车辆的速度，并且460表示根据本发明构思的一个实施方式的方法的车辆的速度。
从图4中可以看出，根据传统方法的扭矩410急剧增大，而根据本发明构思的一个实施方式的方法的扭矩420在扭矩限制区段结束时缓慢增大。
图5(其是示出根据本发明构思的一个实施方式的自动巡航系统的性能分析结果的另一个例证图)示出了车辆爬行10％的斜坡道路并且在扭矩限制区段结束时朝着平坦道路的情况。
在图5中，参考数字510表示根据传统方法的扭矩，并且520表示根据本发明构思的一个实施方式的方法的扭矩。
此外，参考数字530表示根据传统方法的目标速度，540表示根据本发明构思的一个实施方式的方法的目标速度，550表示根据传统方法的车辆的速度，并且560表示根据本发明构思的一个实施方式的方法的车辆的速度。
从图5中可以看出，根据传统方法的扭矩510急剧增大，而根据本发明构思的一个实施方式的方法的扭矩520在扭矩限制区段结束时缓慢增大。
图6是根据本发明构思的一个实施方式的车辆的自动巡航控制的方法的一个实例的流程图。
首先，扭矩差计算器210从计算出的扭矩ur中减去扭矩指令中的扭矩u(601)。使用如上所述计算出的扭矩差来确定解除扭矩限制的时间。
接下来，初始速度检测器220检测通过从在先前时间n计算出的调整的目标速度
Figure BDA0000790704450000101
中减去在当前时间n+1计算出的调整的值X而获得的结果与车辆的当前速度
Figure BDA0000790704450000102
之间的较大值(602)。
接下来，开关240将设定的目标速度
Figure BDA0000790704450000103
传递至动态速率限制器250(603)。
接下来，开关控制器230控制开关240，以在解除扭矩限制时在阈值时间期间将由初始速度检测器检测出的初始速度传递至动态速率限制器250(604)。
接下来，动态速率限制器250基于由初始速度检测器220检测出的初始速度来生成调整的目标速度
Figure BDA0000790704450000111
(605)。
如上所述的本公开的特征在于，在不同的时间点设定初始速度，并且基于上述等式1在不同的时间点不同地生成初始速度。在某些实施方式中，在每个时间点设定初始速度。
如上所述，根据本公开的示例性实施方式，可以通过在解除扭矩限制时动态地调整自动巡航的目标速度来防止在解除扭矩限制时出现的扭矩指令的急剧增大。
此外，根据本公开，通过防止在解除扭矩限制时出现的扭矩指令的急剧增大，可以解决自动巡航控制器使车辆的驱动系统磨得厉害或造成驾驶员感到乘坐不舒适的问题。
同时，在某些实施方式中，如上所述的根据本公开的方法可以由计算机程序产生。本领域中的计算机程序员可以容易地推导出配置计算机程序的代码和代码段。此外，所产生的计算机程序储存在计算机可读记录介质(信息储存介质)中并且由计算机读取和执行，从而实现根据本公开的方法。此外，记录介质包括所有形式的计算机可读记录介质。
在不背离本发明构思的范围和精神的情况下，本发明构思所属领域的技术人员可以不同地替代、变更以及修改上述实施方式。因此，本发明构思不限于上述示例性实施方式以及附图。
图中的每个元件的符号
10：补偿扭矩生成器
20：自动巡航控制器
40：PI控制器
60：可用扭矩饱和器
70：扭矩指令限制器
211：第一比较器
212：第二比较器
223：选择器
230：开关控制器
250：动态速率限制器

Claims (8)

1.一种车辆的自动巡航控制器，所述自动巡航控制器包括：
扭矩差计算器，所述扭矩差计算器被配置为计算扭矩差，所述扭矩差被定义为从计算出的扭矩ur中减去扭矩指令中的扭矩u；
解除时间检测器，被配置为基于所述扭矩差来检测解除扭矩限制的时间；
初始速度检测器，被配置为在通过从在先前时间n计算出的调整的目标速度
Figure FDA0002501335370000011
中减去在当前时间(n+1)计算出的调整的值X而获得的结果与车辆的当前速度
Figure FDA0002501335370000012
之间检测哪个值较大并将由所述初始速度检测器检测到的较大值作为初始速度；
开关，被配置为将设定的目标速度
Figure FDA0002501335370000013
传递至动态速率限制器或者在解除扭矩限制时在阈值时间期间将由所述初始速度检测器检测出的所述初始速度传递至所述动态速率限制器；
开关控制器，被配置为控制所述开关，以在解除扭矩限制时在阈值时间期间将由所述初始速度检测器检测出的所述初始速度传递至所述动态速率限制器；以及
动态速率限制器，被配置为基于由所述初始速度检测器检测出的所述初始速度来生成所述调整的目标速度
Figure FDA0002501335370000014
其中，所述初始速度检测器使用以下等式计算所述当前时间(n+1)的所述调整的值X：
Figure FDA0002501335370000015
其中，
Figure FDA0002501335370000016
是在所述先前时间n计算出的所述扭矩差，并且KP+KI是比例-积分控制增益。
2.根据权利要求1所述的车辆的自动巡航控制器，其中，所述扭矩差计算器包括：
第一比较器，被配置为输出所述计算出的扭矩ur与0之间的较大值；
第二比较器，被配置为输出所述扭矩指令中的扭矩u与0之间的较大值；以及
第一减法器，被配置为从由所述第一比较器输出的值中减去由所述第二比较器输出的值。
3.根据权利要求1所述的车辆的自动巡航控制器，其中，所述初始速度检测器包括：
计算器，被配置为计算等式
Figure FDA0002501335370000021
第二减法器，被配置为从在所述先前时间计算出的所述调整的目标速度
Figure FDA0002501335370000022
中减去在所述当前时间计算出的所述调整的值X；以及
选择器，被配置为在所述第二减法器的减法结果与所述车辆的当前速度
Figure FDA0002501335370000023
之间选择哪个值较大。
4.根据权利要求1所述的车辆的自动巡航控制器，其中，所述开关控制器被配置为确定当由所述扭矩差计算器计算出的结果是0时解除所述扭矩限制。
5.一种车辆的自动巡航控制的方法，所述方法包括：
由扭矩差计算器计算扭矩差，所述扭矩差被定义为从计算出的扭矩ur中减去扭矩指令中的扭矩u；
基于所述扭矩差检测解除扭矩限制的时间；
由初始速度检测器在通过从在先前时间n计算出的调整的目标速度
Figure FDA0002501335370000034
中减去在当前时间(n+1)计算出的调整的值X而获得的结果与车辆的当前速度
Figure FDA0002501335370000035
之间检测哪个值较大并将由所述初始速度检测器检测到的较大值作为初始速度；
由开关将设定的目标速度
Figure FDA0002501335370000036
传递至动态速率限制器或者由开关在解除扭矩限制时在阈值时间期间将由所述初始速度检测器检测出的所述初始速度传递至所述动态速率限制器；
由开关控制器控制所述开关，以在解除扭矩限制时在阈值时间期间将由所述初始速度检测器检测出的所述初始速度传递至所述动态速率限制器；并且
由所述动态速率限制器基于由所述初始速度检测器检测出的所述初始速度来生成所述调整的目标速度
Figure FDA0002501335370000031
其中，在通过从在所述先前时间n计算出的所述调整的目标速度
Figure FDA0002501335370000037
中减去在所述当前时间(n+1)计算出的所述调整的值X而获得的结果与所述车辆的所述当前速度
Figure FDA0002501335370000038
之间检测哪个值较大并将由所述初始速度检测器检测到的较大值作为初始速度的步骤中，
使用以下等式计算所述当前时间(n+1)的所述调整的值X：
Figure FDA0002501335370000032
其中，
Figure FDA0002501335370000033
是在所述先前时间n计算出的所述扭矩差，并且KP+KI是比例-积分控制增益。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述计算出的扭矩ur中减去所述扭矩指令中的扭矩u的步骤包括：
由第一比较器输出所述计算出的扭矩ur与0之间的较大值；
由第二比较器输出所述扭矩指令中的扭矩u与0之间的较大值；以及
由第一减法器从由所述第一比较器输出的值中减去由所述第二比较器输出的值。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，在通过从在所述先前时间n计算出的所述调整的目标速度
Figure FDA0002501335370000042
中减去在所述当前时间(n+1)计算出的所述调整的值X而获得的结果与所述车辆的当前速度
Figure FDA0002501335370000043
之间检测哪个值较大的步骤包括：
由计算器计算等式
Figure FDA0002501335370000041
由第二减法器从在所述先前时间计算出的所述调整的目标速度
Figure FDA0002501335370000044
中减去在所述当前时间计算出的所述调整的值X；以及
由选择器在所述第二减法器的减法结果与所述车辆的当前速度
Figure FDA0002501335370000045
之间选择哪个值较大。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，控制所述开关的步骤包括确定当从所述计算出的扭矩ur中减去所述扭矩指令中的扭矩u的步骤的结果是0时解除所述扭矩限制。
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