CN106427839A - 最小化瞬态电力负荷问题的预测道路感测的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的各种实施例提供最小化车辆中的瞬态电力负荷问题的预测道路感测的系统和方法。更具体地，各种实施例包括一种用于通过使用感测装置(比如传感器、或摄像机)感测车辆周围、利用检测到的道路状况信息来确定启动和/或操作马达的需要、并且抢先地软启动马达以避免用于车辆控制系统的瞬态负荷的尖峰来最小化车辆中的电力负荷问题的系统和方法。

Description

最小化瞬态电力负荷问题的预测道路感测的系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及一种最小化车辆中的瞬态电力负荷问题的预测道路感测的系统和方法。更具体地，车辆控制系统被配置为基于预测技术来软启动车辆的电动马达。

背景技术

现代车辆具有越来越多的用来控制底盘和传动系功能的机电马达执行器。当机电马达激活时，它们可以在它们执行它们的功能时在非常短的时间内汲取数百安培的电流。当车辆的控制系统给车辆中用于各种系统——比如制动系统、转向系统、悬架系统、和全轮驱动系统——的越来越多的执行器供电时，它们组合的峰值负荷可以达到它们组合的电流消耗开始降低由交流发电机和电池提供的车辆系统电压的点。如果未加抑制的话，则这种系统电压的下降可以引起不仅由执行器控制的功能而且依赖于稳定系统电压(收音机、组合仪表等)的任何功能的损失的、降低的或间歇性的功能。

发明内容

本申请由所附权利要求来限定。说明书概述了实施例的方面并且不应该用来限制权利要求。根据本文所描述的技术，可以预期其它实施方式，如一经审查下面的附图和具体实施方式，对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的，并且这样的实施方式旨在落入本申请的范围内。

示例性实施例提供最小化车辆中的瞬态电力负荷问题的预测道路感测的系统和方法。更具体地，瞬态电力负荷问题指的是在车辆的控制系统给用于各种系统——比如制动系统、转向系统和悬架系统——的多个执行器供电并且各种系统的组合的峰值负荷达到它们组合的电流消耗开始降低由交流发电机和电池提供的车辆控制系统电压的点时出现的问题。如果未加抑制的话，则这种系统电压的下降可以引起不仅由执行器控制的功能而且依赖于稳定系统电压(收音机、组合仪表等)的任何功能的损失的、降低的或间歇性的功能。瞬态负荷问题的普通原因是在车辆遇到变化的道路状况(比如，道路上的隆起物)且驾驶员突然激活车辆系统(比如制动系统)并且这种车辆系统的突然激活引起电流消耗的尖峰时。

本发明的各种实施例包括用于通过使用道路状况感测装置(比如传感器、或摄像机)感测车辆的周围，并且利用检测到的道路状况信息以在车辆遇到变化的道路状况之前抢先地启动和/或操作马达来最小化车辆中的电力负荷问题的系统和方法。例如，在一个实施例中，车辆的控制系统内的处理器被配置为感测车辆的路径中即将到来的转弯，并且将消息发送到制动系统以软启动制动系统中的马达来开始建立制动管路中的压力。在车辆中的乘客制动的情况下，需要给制动器供电的峰值功率随时间而分摊。

根据一些实施例，一种车辆控制系统包括被配置为获取道路状况信息的道路状况检测器(比如一个或多个传感器和/或摄像机)和被配置为分析道路状况信息并且如果基于道路状况信息满足触发条件，则实施相应马达的软启动的处理器。

通过这样的结构，本发明的车辆控制系统在遇到变化的道路状况之前抢先地软启动一个或多个车辆系统的马达，并且从而在一段时间内分摊电流消耗以避免用于车辆的控制系统的瞬态负荷的尖峰。

附图说明

为了更好地理解本发明，可以参照下面附图中所示的实施例。附图中的部件不一定按比例并且相关元件可以被省略以便强调且清楚地说明本文所描述的新颖特征。此外，系统部件可以不同地设置，如本领域中已知的。在附图中，贯穿不同的附图，相同的附图标记可以指代相同的部件，除非另有说明。

图1是示出了用于操作不包括本发明的预测道路感测的车辆控制系统的过程的流程图；

图2是示出了用于操作具有本发明的预测道路感测的车辆控制系统的一个示例实施例的过程的流程图；

图3示出了包括具有本发明的预测道路感测的车辆控制系统的一个实施例的部件的框图。

具体实施方式

尽管本发明的车辆控制系统和方法可以以各种形式来体现，但是存在附图中示出，并且将在下文中描述的车辆控制系统和方法的一些示例性和非限制性实施例。本发明被认为是车辆控制系统和方法的例示并且不旨在将车辆控制系统和方法限制为本文所示的和所描述的具体实施例。然而，不是所有本发明中所描述的描绘的部件是需要的，并且一些实施例可以包括与本文明确描述的附加的、不同的或更少的部件。可以对部件的设置和类型的做出变化，而不脱离本文所阐述的权利要求的精神或范围。

本发明的各种实施例提供一种基于预测道路感测能力来控制一个或多个车辆部件的系统和方法。更具体地，本发明的车辆控制系统包括检测系统，该检测系统包含被配置为获取车辆的外部附近的道路状况信息的一个或多个道路状况检测器(比如一个或多个传感器和/或一个或多个摄像机)和被配置为分析道路状况信息以确定是否有需要一个或多个车辆系统作出反应的道路状况的即将到来的变化的处理器。检测系统与被配置为确定一个或多个车辆系统的激活是否会引起车辆控制系统的电压降的电源管理器进行通信。电源管理器被进一步配置为在使系统中的一个作出反应之前软启动受牵连车辆系统的一个或多个马达以最小化瞬态电力负荷问题。

本发明的车辆控制系统的部件(下面详细地描述)可以被包括在车辆上、车辆内、或以其他方式与车辆集成。车辆控制系统的一个或多个部件可以与现有车辆系统的一个或多个部件共享。

车辆控制系统可以被包括在任何合适的车辆内或以其他方式与任何合适的车辆一起使用，任何合适的车辆比如(但不限于)：(1)非商业乘用车辆比如轿车或卡车；(2)商用车辆比如牵引式拖车；(3)非民用车辆比如执法机构、政府机构、应急响应机构(例如，火灾响应机构)、或医疗响应机构(例如，医院)使用的车辆。这个列表不是详尽的且仅被提供用于示例性的目的。

相对于车辆控制系统的能力在本文中所描述的特征、过程和方法可以通过车辆控制系统上运行的车辆控制工具来实施。车辆控制工具可以是程序、应用程序、和/或在包含车辆控制系统的一个或多个部件上并入的软件和硬件的组合。车辆控制工具和车辆控制系统在下面更详细地描述(并且为了简洁统称为车辆控制系统)。

尽管对应于本文所描述的车辆控制系统的车辆和特征在车辆正在移动的情况下在下面进行了描述，但是当车辆处于静止状态(例如，驻车、停在红灯处或遇上堵车)时相同的特征可以应用也在本发明的范围内。

图1和2是响应于变化的道路状况而操作车辆控制系统的示例过程或方法的流程图。图1描绘了操作不包括本发明的预测道路感测能力的车辆控制系统的示例过程100。图2描绘了操作具有本发明的预测道路感测能力的车辆控制系统的过程200的示例。

在各种实施例中，过程通过存储在一个或多个存储器中且通过一个或多个处理器执行的指令集(比如与图3有关在下面描述的那些)来表示。尽管过程参照图2所示的流程图进行了描述，但是执行与这些所示的过程相关的动作的许多其他过程可以采用。例如，某些所示的框和/或菱形的顺序可以改变，某些所示的框和/或菱形可以是可选择的，和/或某些所示的框和/或菱形可以不采用。

转到图1，在本示例中，车辆处于运动中，如通过框102所示。当车辆处于运动中时，若干车辆系统用来控制底盘和传动系功能。每个车辆系统包括一个或多个机电马达执行器。在不变的道路状况下，当这些系统以恒定状态运行时，电力需求是相当恒定的并且车辆电力系统可以同时管理多个系统的运行。

当车辆处于运动中时，车辆控制系统检测道路状况的变化，如通过框104所示。道路状况的变化可以是使车辆的驾驶员接合车辆系统——例如，制动系统、转向系统、或悬架系统——的道路上的任何物理变化(即，道路上的隆起物或接近路边)。道路状况的变化也可以是车辆的路径中的任何变化，例如，前方碰撞、或动物横穿。图1的车辆控制器不包括道路状况检测。因此，在这个示例实施例中，车辆控制系统在车辆遇到变化的状况的时候对道路状况的变化作出反应。

换句话说，在本示例中，当道路状况的变化发生时，车辆控制系统使一个或多个车辆系统对道路状况的变化作出反应，如通过框106所示。例如，如果移动的车辆遇到道路上的隆起物并且驾驶员接合制动器，则车辆控制系统响应于检测到的道路上的隆起物而使制动系统激活。

当激活任何车辆的系统时，该车辆的系统的马达执行器在马达执行器斜线上升到必要的速度以对变化的道路状况作出反应时汲取电流。车辆的系统的突然激活使车辆的系统在非常短的时间内汲取数百安培的电流。如果多个系统同时突然激活，所有的同时汲取数百安培的电流，则它们组合的峰值负荷可以达到它们组合的汲取开始降低车辆系统的点。

也就是说，当车辆控制系统使一个或多个车辆系统作出反应时，车辆控制系统使电能从电力系统(电池交流发电机)流出，如通过框108所示。在许多情况下，这种显著的能量流可以引起电力系统电压的下降，如通过菱形110所示。如果电压不下降，则车辆电力系统的电力电压是可接受的以适应变化的道路状况，如通过框118所示。另一方面，如果电压确实下降，则相应的系统的电力部件可能不恰当地起作用，如通过框112所示。在本示例中，如果电压下降，则车辆控制系统在发动机控制器中的电子模块的控制下增加交流发电机的输出功率，如通过框114所示。在一段时间后，更多的电力变得可用，如通过框116所示，并且电力电压返回到用于车辆系统的可接受的水平。

应当理解的是，当车辆的电力系统的突然变化使电压下降时，可能需要花数百毫秒的时间来拉动更多的电力并且对于电压电平变得适合于该系统。这种系统电压的下降可以引起由执行器控制的所用功能以及依赖于稳定系统电压(比如收音机、或组合仪表)的任何功能的损失的、降低的或间歇性的功能。照此，电压降的深度和电压降的时间防止车辆的电力系统正常工作。

另一方面，如图2所示，具有本发明的预测道路感测技术的车辆控制系统降低这个电压降和电压保持比用于车辆电力系统的可接受的水平更低的时间段(如果有的话)。应当理解的是，即使电压降没有完全消除，但是电压降的深度或持续时间的任何最小化改进了车辆系统的运行和功能。

在各种实施例中，不同于图1的车辆控制系统，具有图2的预测道路感测能力的车辆控制系统包括：(1)预测道路状况感测能力和(2)瞬态电力负荷管理能力。更具体地，具有预测道路感测能力的车辆控制系统利用传感器和/或摄像机来在车辆遇到变化之前预测道路状况的变化，以使车辆控制系统可以适当地解决接近道路状况变化。通过提前知道即将到来的变化的道路状况，车辆控制系统使相关车辆系统的执行器在实际需要车辆系统之前启动。通过提早启动马达执行器，车辆控制系统使马达执行器能够在一段时间内斜线上升而不是突然上升到所需速度。

转到图2，具有预测道路感测能力的车辆处于运动中，如通过框202所示。在本示例中，不同于关于图1上面所描述的示例，车辆控制系统包括使用预测道路感测来检测道路状况的变化的检测系统，如通过框204所示。更具体地，如下面更详细地描述，车辆控制系统的检测系统使用一个或多个道路状况检测器，比如车辆内现有系统的一个或多个传感器和/或摄像机来获取道路状况信息。车辆控制系统的处理器分析所获取的道路状况信息，以确定是否有即将到来的道路状况的变化。使用上面所描述的示例，在该示例实施例中，检测系统的摄像机可以捕捉车辆正接近的道路上的隆起物的图像。

如图2所示，车辆控制系统包括如通过框206所示的通知电源管理器即将到来的变化的道路状况的检测系统。更具体地，一旦检测系统确定车辆正接近变化的道路状况，检测系统就将变化的道路状况信息传送到车辆控制系统的电源管理器。检测系统使用现有车辆通信系统比如，但不限于，控制器局域网络(CAN)总线、以太网、Flex Ray系统来传送道路状况信息。车辆控制系统确定哪个车辆系统需要作出反应以适应变化的道路状况。继续上面所描述的示例，车辆控制系统确定对于道路上即将到来的隆起物，车辆制动系统和/或车辆转向系统可以被激活。电源管理器确定是否有可用于激活所确定的车辆系统以处理道路状况的变化而不降低电压系统的足够电力，如通过菱形208所示。

如果车辆控制系统确定有可用于处理即将到来的变化的道路状况的足够电力，则车辆控制系统使相应的车辆的系统作出反应，如通过框210所示。也就是说，如果电源管理器确定响应于变化的道路状况而使一个或多个车辆系统激活将不会引起电压的显著下降，则车辆控制系统将引起一个或多个车辆系统相应地作出反应。

如果，另一方面，没有可用于处理即将到来的变化的道路状况的足够电力，则车辆控制系统在电子模块的控制下使交流发电机输出功率增加，如通过框216所示。更具体地，车辆控制系统使受牵连车辆系统的马达软启动。软启动通过在一段时间内使控制马达的电压斜线上升来完成而不是将它们突然调大来完成。当马达软启动时，它不会生成在它突然接通时发生的巨大峰值瞬态负荷。因此，通过软启动马达，更多的电力是可用的，如通过框218所示。

在本示例中，在确定足够的电力是可用的之后，车辆控制系统使相应的车辆的系统(即，电动制动系统)对变化的道路状况作出反应，如通过框210所示。当一个或多个车辆系统对变化的道路状况作出反应时，电能流出电力系统(电池交流发电机)，如通过框212所示，并且电压处于可接受的水平，如通过框214所示。因为车辆系统的马达执行器已经启动，所以当它们斜线上升以对变化的道路状况作出反应时汲取的电流不会引起显著的峰值瞬态负荷。

将图1与图2进行比较，具有图2的预测道路感测能力的车辆控制系统抢先地补偿车辆系统反应需要的电流的额外汲取。即，在图1中，车辆系统反应(如通过框106所示)发生而没有对车辆系统的任何形式的警告。因此，在车辆系统激活之后，如果电压下降，则控制系统追溯地增加如通过框114所示的交流发电机的输出功率。电压降持续的时间段，以及电压降的程度可以使电力部件的性能降低。另一方面，如通过图2所示，具有预测道路感测的车辆控制系统，在车辆系统对变化的道路状况作出反应之前抢先地增加电力。通过这样的结构，即使电压降不能完全防止，但是在电压降的持续时间或程度上的每次降低改进车辆的电力系统。

因此，对于上面所描述的示例实施例，如果车辆的驾驶员突然制动以避免道路上的隆起物，则系统可以从电力系统中汲取大量的能量。因此，本发明的车辆控制系统利用与捕获表示车辆即将越过道路上的隆起物的图像的控制器通信的摄像机，并且在车辆遇到道路上的隆起物之前，车辆控制系统将消息、或信号发送到车辆制动系统，该车辆制动系统发送车辆即将接合制动器的信号。车辆控制系统的处理器被配置为比当电动制动系统实际接合更早地启动用于电动制动系统的执行器来降低使马达达到速度的时间量。软启动马达建立制动管路中的压力并且使泵旋转。照此，如果车辆的驾驶员刚好接合制动器，则制动系统已经被激活并且峰值功率随着时间而分摊。

这样的结构使车辆控制系统内的处理器能够在实际利用用于道路状况的任何变化的系统之前启动每个受牵连车辆系统的执行器。以这种方式更早启动执行器降低了在系统激活时使受牵连系统的马达达到速度所需花费的时间量。这样的结构是特别有益的，因为车辆中的系统现在是带电的并且因此它们是活动的且需要电力。当有越来越多的这些系统时，车辆中的发电能力变成大问题。系统可以汲取这么多的电力以便它们使电压下降且引起实行减电。

应当理解的是，根据变化的道路状况，在某些情况下变化的道路状况可以快速的发生足以在启动的能量汲取和可用的附加能量之间有一些重叠。然而，本发明的预测道路感测能力仍然是有益的，因为任何电压降的时间的长度和电压降的可能的深度相比于图1中的系统降低。

道路状况检测

在各种实施例中，车辆配备有用于实施结合曲线跟随技术、碰撞防止技术的系统、导航系统和其它这样的系统的摄像机和传感器。例如，在某些实施例中，车辆可以包括，并且车辆控制系统可以被配置为与一个或多个传感器(比如雷达传感器、红外传感器、和/或超声传感器)通信。车辆控制系统接收来自一个或多个这些传感器的信息或数据。

在其它实施例中，车辆控制系统通过车辆上的、集成到车辆中或以其他方式与车辆相关联的一个或多个合适的摄像机(或其它成像装置)获取图像信息，比如数字静止图像、流式视频、和/或数字视频。摄像机的至少一个被定向以便获取车辆附近的图像信息。这使摄像机能够获取道路标志和通常从车辆的驾驶员的视角可看见的其它对象的图像数据。

车辆控制系统然后可以使用这个信息来确定道路状况的任何即将到来的变化是否将需要来自一个或多个车辆系统的反应。在某些实施例(并且如下面详细地描述的)，一个或多个传感器和一个或多个摄像机与车辆控制系统的处理器通信并且被配置为将所获取的图像信息传送到车辆控制系统的处理器，以使处理器能够分析图像信息。在其它实施例中，一个或多个摄像机与存储装置通信并且被配置为将所获取的图像信息传送到存储装置，其随后存储图像信息。处理器可以通过访问存储装置检查图像信息。

车辆控制系统部件

图3示出了车辆控制系统400的一个示例实施例。车辆控制系统的其它实施例可以包括比下面描述的和图3中所示的那些相比不同的、更少的、或附加的部件。

车辆控制系统400包括控制器410，该控制器410包含与存储一组指令413的主存储器412通信的至少一个处理器411。处理器411被配置为与主存储器412通信、访问这组指令413、并且执行这组指令413，以使车辆控制系统400执行本文所描述的任何方法、过程、和特征。车辆控制系统400还包括与控制器410通信的一个或多个摄像机414和一个或多个传感器416。如上面所描述的，一个或多个摄像机414和一个或多个传感器416是具有感测技术的其它现有车辆的系统(未示出)的部件。

在一个实施例中，感测部件比如来自车辆内现有系统的一个或多个摄像机414和一个或多个传感器416在概念上是检测系统417的一部分。这个检测系统417包括具有感测技术的任何车辆的部件。即，摄像机414和传感器416被包括为非限制性示例。本发明的预测道路感测能力可以通过具有感测能力的任何其它车辆的部件——比如，但不限于雷达、导航系统和电子域系统——来执行。

除了检测系统之外，车辆控制系统包括被配置为将电压信息传送到控制器410和传送来自控制器410的电压信息并且将电压信息传送到车辆的每个车辆系统的马达和传送来自车辆的每个车辆系统的马达的电压信息的电源管理器415。电源管理器415确定是否且何时响应于即将到来的变化的道路状况而软启动用于车辆系统的马达。

处理器411可以是任何合适的处理装置或一组处理装置，比如，但不限于：微处理器、基于微控制器的平台、合适的集成电路、或被配置为执行这组指令413的一个或多个专用集成电路(ASIC)。主存储器412可以是任何合适的存储装置，比如，但不限于：易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM)，其可以包括非易失性RAM、磁性RAM、铁电性RAM、和任何其它合适的形式)、非易失性存储器(例如，磁盘存储器、快闪存储器、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、基于忆阻器的非易失性固态存储器等)、不可改变的存储器(例如，EPROM)、和/或只读存储器。

在一些实施例中，存储在主存储器412上且是可执行的以启用车辆控制系统的功能的这组指令413可以通过外部网络从站外服务器下载。此外，在一些实施例中，车辆控制系统400可以通过外部网络与中央命令服务器通信。例如，车辆控制系统400可以将通过车辆控制系统400的摄像机获取的图像信息传送到中央命令服务器。车辆控制系统400还可以将任何生成的数据传送到中央命令服务器。

车辆控制系统400被配置为与多个车辆部件和车辆系统(比如通过一个或多个通信总线(未示出))通信，包括，但不限于：电动制动系统418、和电动悬架系统420、以及电动转向系统422。

附图中的任何过程描述或框应该被理解为表示模块、段、或包括用于实施过程中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个可执行指令的代码的一部分，并且供选择的实施方式被包括在本文所描述的实施例的范围内，其中功能可以不按所示或所讨论的顺序执行，包括大体上同时或以相反的顺序，取决于涉及的功能，如将被本领域的普通技术的人员理解。

应当强调的是，上面所描述的实施例特别是任何“优选”实施例是实施方式的可能示例，仅仅阐述为了清楚理解本发明的原则。可以对上面所描述的实施例做出许多变化和修改而不脱离本文所描述的技术的精神和原则。所有这样的修改旨在在此被包括在本发明的范围内且通过下面的权利要求来保护。

Claims (20)

1.一种车辆控制系统，包含：

道路状况检测器，所述道路状况检测器被配置为获取用于车辆的道路状况信息；以及

处理器，所述处理器被配置为：

分析用于即将到来的变化的道路状况的所述获取的道路状况信息；

响应于所述即将到来的变化的道路状况而确定车辆系统激活；

使交流发电机在所述车辆遇到所述变化的道路状况之前增加所述确定的车辆系统的输出功率。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述道路状况检测器包括摄像机、传感器、和雷达中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述车辆系统包括车辆制动系统、车辆转向系统、车辆悬架系统、和车辆全轮驱动系统中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述即将到来的变化的道路状况是响应于所述变化的道路状况而要求车辆系统激活的状况。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置为向电源管理器通知所述变化的道路状况。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述电源管理器响应于所述变化的道路状况而确定所述确定的车辆系统的激活是否将引起电压降。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述确定的车辆系统包含一个或多个执行器。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述一个或多个执行器通过来自所述交流发电机的电压输出来控制。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述处理器与所述电源管理器通信以通过所述确定的车辆系统使所述交流发电机增加输出功率。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述电源管理器通过使所述交流发电机在一段时间内使控制所述确定的车辆系统的所述一个或多个执行器的所述电压斜线上升来使所述交流发电机增加输出功率。

11.一种车辆控制方法，包含：

通过道路状况检测器来获取用于车辆的道路状况信息；以及

通过处理器来分析用于即将到来的变化的道路状况的所述获取的道路状况信息；

响应于所述即将到来的变化的道路状况而通过所述处理器来确定用于激活的车辆方法；

通过所述处理器来使交流发电机在所述车辆遇到所述变化的道路状况之前增加所述确定的车辆方法的输出功率。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述道路状况检测器包括摄像机、传感器、和雷达中的至少一个。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述车辆系统包括车辆制动系统、车辆转向系统、车辆悬架系统、和车辆全轮驱动系统中的至少一个。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述即将到来的变化的道路状况是响应于所述变化的道路状况而要求车辆系统激活的状况。

15.根据权利要求11所述的方法，进一步包含所述处理器向电源管理器通知所述变化的道路状况。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包含所述电源管理器响应于所述变化的道路状况而确定所述确定的车辆系统的激活是否将引起电压降。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述确定的车辆系统包含一个或多个执行器。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述一个或多个执行器通过来自所述交流发电机的电压输出来控制。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包含所述处理器与所述电源管理器通信以通过所述确定的车辆系统使所述交流发电机增加输出功率。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包含所述电源管理器通过使所述交流发电机在一段时间内使控制所述确定的车辆系统的所述一个或多个执行器的所述电压斜线上升来使所述交流发电机增加输出功率。