CN107284446A - 在巡航控制期间使用地形数据的优化的燃料经济性 - Google Patents
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Abstract
一种机动车辆巡航控制系统具有用于输入期望车辆速度的输入。输入具有期望车辆速度之上和之下两个范围的车辆速度偏差。存储器至少暂时地保存当前正有机动车辆穿越的公路地形数据集。控制器使用来自公路地形数据集的数据区分接近的公路地形变化和当前公路地形状况；以及相比于当前公路地形状况下的选定车辆速度下的燃料经济性，以及相比于用于在到达前方公路地形变化之前将车辆速度改变为具有增加的燃料经济性的修改后的车辆速度，计算具有用于穿越公路地形变化的增加的燃料经济性的修改后的车辆速度。
Description
技术领域
本发明涉及车辆巡航控制系统，更具体地涉及具有地形感测能力的车辆巡航控制系统。
背景技术
本节的陈述仅仅提供与本发明有关的背景信息，并且可以或可以不构成现有技术。
机动车辆巡航控制技术提供在期望或“设置”的车辆速度下的闭环速度控制，系统不论前方公路地形(包括海拔变化)如何都试图达到该期望或“设置”的车辆速度。驾驶员选定速度始终保持一致，这在下坡运行和降档期间需要发动机制动，且在上坡运行期间需要增加发动机转数。已知车辆巡航控制系统还包括自适应巡航控制，其可以提供短距离雷达、相机系统和软件，用于确定何时降低车辆速度以匹配被跟随车辆的速度。已知车辆巡航控制系统适合于在基本上平坦的公路状况下改进燃料经济性，并且适合于改进驾驶员舒适度。然而，已知系统对公路状况作出反应，但并不基于公路状况的预期变化来优化燃料经济性，所述预期状况例如逐渐起伏的状况，其可以允许改变车辆速度以进一步改进燃料经济性。
因此，在车辆巡航控制系统领域中存在空间，允许驾驶员或要应用的预定义状况预测公路前方地形变化(其可以用于修改所设置的车辆速度)，并且尤其针对前方状况优化燃料经济性。
发明内容
本发明提供包括存储器的机动车辆巡航控制系统的示例，所述存储器至少暂时地保存当前正有机动车辆穿越的公路地形数据集。控制器用于：使用来自公路地形数据集的数据区分接近的公路地形变化和当前公路地形状况；相比于当前公路地形状况下的选定车辆速度下的燃料经济性，以及相比于用于在到达前方公路地形变化之前将车辆速度改变为具有增加的燃料经济性的修改后的车辆速度，计算具有用于穿越公路地形变化的增加的燃料经济性的修改后的车辆速度。
在本发明的机动车辆巡航控制系统的一个示例中，车辆速度偏差范围由机动车辆操作员选择并输入到控制器。
在本发明的机动车辆巡航控制系统的另一示例中，车辆速度偏差范围包括高于选定车辆速度的第一速度和低于选定车辆速度的第二速度。
在本发明的机动车辆巡航控制系统的又一示例中，控制器与GPS数据库进行通信，以识别机动车辆与公路地形变化之间的距离。
在本发明的机动车辆巡航控制系统的又一示例中，控制器计算最高效的燃料运行，用于随后在机动车辆穿越公路地形变化并且到达基本上平坦的公路部分之后从修改后的车辆速度恢复至选定速度。
在本发明的机动车辆巡航控制系统的又一示例中，控制器在机动车辆到达公路的下坡部分之前命令车辆速度降低。
在本发明的机动车辆巡航控制系统的又一示例中，车辆速度降低以第二速度的最小值为界。
在本发明的机动车辆巡航控制系统的又一示例中，控制器在机动车辆到达公路的上坡部分之前命令车辆速度增加。
在本发明的机动车辆巡航控制系统的又一示例中，车辆速度增加以第一速度的最大值为界。
在本发明的机动车辆巡航控制系统的又一示例中，巡航控制系统的控制器计算公路上坡部分上的点，在该点处允许机动车辆在到达上坡部分的顶点之前在高速度运行状态下朝选定速度减速。
在本发明的机动车辆巡航控制系统的又一示例中，在增加的燃料经济性的计算中包括非线性燃料消耗。
在本发明的机动车辆巡航控制系统的又一示例中，在增加的燃料经济性的计算中包括车辆阻力特性。
在本发明的机动车辆巡航控制系统的又一示例中，在增加的燃料经济性的计算中包括轴扭矩。
在本发明的机动车辆巡航控制系统的又一示例中，车辆速度偏差范围包括选定速度之上(而不是之下)的速度偏差值或选定速度之下(而不是之上)的速度偏差值中的一个。
其它区域的应用将从本文提供的描述中变得显而易见。应当理解，描述和特定示例旨在仅用于例示目的，并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于示例的目的，并不以任何方式限制本发明的范围。
图1是示出了根据本发明原理的具有巡航控制系统的机动车辆的特征的示意图；
图2是标识沿着机动车辆的投影公路行程路径的特定点的图；
图3是与车辆选定速度相比的车辆时机速度的图；
图4是保存在图1的机动车辆巡航控制系统的存储器中的示例性公路海拔路径的图；
图5是比较了燃料经济性改进与用于本发明的机动车辆巡航控制系统的多个车辆速度偏差值的图；
图6是标识了多个示例性车辆速度偏差值的图；以及
图7是提供用于本发明的机动车辆巡航控制系统的系统特征的流程图。
具体实施方式
以下描述在本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明、应用或用途。
参照图1，针对机动车辆12提供了机动车辆预测巡航控制系统10。机动车辆12被示出为乘用车，但是应当了解，机动车辆12可以是任意类型的车辆，例如卡车、厢式货车、运动型多功能车等。机动车辆12包括示例性动力系14。首先应当了解，虽然已示出了后轮驱动动力系14，但是在不脱离本发明范围的情况下，机动车辆12可以具有前轮驱动动力系、中置发动机动力系或全车轮驱动动力系。动力系14一般包括与变速器18 互连的发动机16。
在不脱离本发明范围的情况下，发动机16可以是常规的内燃机、电动机、混合发动机，或者任意类型的原动机。发动机16通过活动板20或连接至起动装置22的其它连接装置向变速器18提供驱动扭矩。起动装置 22可以是流体动力装置，例如流体联轴节或变矩器、湿式双离合器、带有弹簧的干式扭矩阻尼器，或电动机。应当了解，可以采用发动机16与变速器18之间的任何起动装置22，包括干式启动离合器。
变速器18具有典型浇铸的金属壳体24，其包封并保护变速器18的各种组件。壳体24包括保持并支撑这些组件的多个孔、通道、肩部和凸缘。一般而言，变速器18包括变速器输入轴26和变速器输出轴28。通常在变速器输入轴26与变速器输出轴28之间布置有齿轮和离合器装置30。离合器输入轴26经由起动装置22与发动机16功能性地互连，并且从发动机16接收输入扭矩。因此，发动机输入轴26在起动装置22是流体动力装置的情况下可以是涡轮轴，在起动装置22是双离合器的情况下可以是双输入轴，或者在起动装置22是电动机的情况下可以是驱动轴。
变速器输入轴26联接至齿轮和离合器装置30并向其提供驱动扭矩。对于所示的示例性后轮驱动车辆，变速器输出轴28与末端驱动单元32连接，该末端驱动单元32包括，例如传动轴34、差速组件36，以及连接至从动轮40的驱动轴38。还可以提供非从动轮42。齿轮和离合器装置30 还可以包括通过摩擦接合构件46互连的行星齿轮系44，以便向变速器输出轴28施加驱动扭矩。在从动轮40和非从动轮42中的每一个处都可以设置单独的制动构件48，其可以被设置为例如盘式制动器。
机动车辆12还可以包括限定变速器控制器50的系统控制模块。变速器控制器50优选地为具有预编程数字计算机或处理器、控制逻辑或电路、用于存储数据的存储器“M”，以及至少一个I/O外围设备的非通用电子控制装置。控制逻辑包括或使能够实现用于监测、操纵并产生数据和控制信号的多个逻辑例程。控制器50可以连接至提供关于变速器运行状况的输入数据的多个传感器。
机动车辆12还可以包括系统控制模块或控制器52。控制器52优选地为具有预编程数字计算机或处理器、控制逻辑或电路、用于存储数据的存储器“M”，以及至少一个I/O外围设备的非通用电子控制装置。控制逻辑包括或使得能实现用于监测、操纵以及产生数据和控制信号的多个逻辑例程，用于例如通过对发动机节流阀控制系统的控制来控制发动机16的运行。根据若干方面，控制器52还与控制器50进行通信并且因此还可以指导变速器14的运行。
液压制动系统54施加液压制动压力以停止从动轮40和非从动轮42 中的任一个或每一个的旋转。在正常车辆运行期间通过由机动车辆12的操作员手动施加压力到制动踏板56来提供制动压力。连接至发动机16的节流阀控制系统的加速器踏板58为操作员提供对发动机16的控制，并且被设置为使机动车辆12在零速与一系列运行速度之间加速或减速。控制器52还可以在巡航控制系统10的运行期间自动地控制发动机16。控制器 52包括存储器“M”，其可以分开用于巡航控制系统10的运行的数据的 RAM和ROM存储，并且访问全球定位系统数据以识别机动车辆12的位置以及机动车辆12与公路地形的变化之间的距离。这样的数据包括地形数据“TD”，其包括针对可由机动车辆12访问的道路和公路的高度和方向变化、局部速度限制等。
参照图2并再次参照图1，描绘了沿着示例性公路60行进期间的机动车辆12。公路60包括过渡至下坡部分64的第一水平段62(下坡部分64 过渡至第二水平段66)、跟随第二水平段66的上坡部分68，以及跟随上坡部分68的第三水平段70。最初，巡航控制系统10被启动，机动车辆 12被设置为在第一水平段62上以车辆操作员选定速度“S”(例如60mph) 行进。车辆操作员最初还设置驾驶员可选择速度偏差“SD”，其包括例如+5 mph、-5mph的速度范围。速度偏差“SD”是选定速度“S”之上和之下的差，其被车辆操作员认为是可接受的速度窗口，这将为燃料经济性节省提供更大的机会窗口。根据其它方面，车辆操作员可以仅选择速度偏差“SD”值中的一个，例如在选定速度“S”之上(而不是之下)的偏差，或者在选定速度“S”之下(而不是之上)的速度偏差“SD”。
在车辆操作员启动巡航控制系统10的操作，输入选定速度“S”，并且输入在选定速度之上和之下的速度偏差“SD”值之后，机动车辆12通常将以选定速度“S”(在本例中60mph)行进在基本上平坦的表面(例如第一水平段62)上。针对特定公路保存为地形数据集“TD”的地形数据被保存在数据库中，例如作为RAM数据在控制器52中。GPS车辆定位数据可以由机动车辆12的控制器52持续更新，并且地形数据与机动车辆GPS定位数据一起应用，以“展望”机动车辆12的前方，寻找巡航控制系统状况所需的预测的和已知的即将到来的变化，以基于投影的而非当前的地形状况使燃料经济性最大化。
在与地形的下一变化相距预定距离处，例如在远离起始于点“B”的前方下坡段64的被标识为点“A”的预定距离处，在机动车辆12接近并穿越起始于点“B”的下坡部分64时，控制器52和巡航控制系统10从多个可变的发动机和车辆速度中计算最优车辆速度以使燃料经济性最大化。预定距离限定点“A”和类似的向前确定点将根据多个因素变化，包括实际距离、车辆速度、公路方位(例如上坡、下坡或水平状态)，以及车辆在燃料最高效方式下改变运行速度将需要的时间。例如，为了在穿越下坡部分64 时防止或使车辆发动机制动和对应变速器摩擦构件制动或向下换挡最小化，巡航控制系统10可以在点“A”处启动车辆速度的逐渐减速，在低选定速度偏差“SD”范围(在本例中-5mph)内从选定速度“S”(60mph)朝低速减小，使得机动车辆12在接近限定下坡部分64的开始的点“B”时将逐渐朝55mph的速度减慢。因为在到达点“B”时或之前车辆速度已经降低，所以机动车辆12随后可以由于从由低速度(55mph)设置的最低速度上升至高选定速度偏差“SD”范围(在本例中+5mph)内的高速度(65mph) 引起的重力而逐渐增加其速度，使得机动车辆12将在下坡部分64内逐渐朝65mph加速，以减少或消除变速器齿轮换挡和发动机制动。
作为替代，例如在当前示例中，如果经由巡航控制系统10的控制器 52执行的计算预测出，在向下行进下坡部分64期间维持车辆速度在或低于高速度(65mph)状况将不需要发动机制动和换挡，那么巡航控制系统 10可以选择继续以选定速度“S”(60mph)运行，直到机动车辆12到达并进入下坡部分64。
随着机动车辆12在下坡部分64内接近点“C”，利用限定第二水平段 66的前方点“D”处的下一地形变化，巡航控制系统10将计算用于过渡至并行进在第二水平段66的最优运行状况。在当前示例中，点“E”限定了巡航控制系统10将于该处开始增加车辆速度的位置，增加车辆速度是为了补偿预期在前方上坡部分68行程期间的车辆速度降低。如果限定第二水平段66的起始的点“D”与第二水平段66中的点“E”之间的距离并不证明将车辆速度从在下坡部分64的末端到达的高速度(65mph)降低是正确的，那么巡航控制系统10将选择维持高速度(65mph)直到机动车辆12到达上坡部分68的起始点“F”。以最大范围或高速度(65mph)进入上坡部分 68的一个优点是使机动车辆12穿越上坡部分68时减速所需要的换挡最小化。
随着机动车辆12穿越上坡部分68，示例性投影地形数据集“TD”指示在到达上坡部分68的顶点“H”之后，还将跟随第三水平段70。因为在到达第三水平段70之后机动车辆速度将逐渐恢复到选定速度“S”(在本例中60 mph)，所以巡航控制系统10将计算上坡部分68上的点“G”，在该点处车辆将开始朝选定速度“S”(60mph)向下减速至高速度(65mph)之下的运行状况，或者从选定速度“S”(60mph)向下朝低速度(55mph)减速，而不用强制巡航控制系统10以低燃料效率模式维持车辆速度以到达上坡部分68的顶点“H”。
随着机动车辆12向上坡部分68的顶点"H"前进经过点“G”，巡航控制系统10的控制器53将计算燃料的最高效运行，以便随后在机动车辆12 到达如第三水平段70限定的基本上平坦的公路部分之后从当前运行速度恢复到选定速度“S”(60mph)。在当前示例中，从高速度(60mph)向下逐渐降低至选定速度“S”(60mph)将被编程，从而提供变速器不换挡或最少的换挡。
参照图3并且再次参照图1和图2，曲线图72标识了行进在示例性公路60期间，机动车辆12的基本上平坦的选定速度（60 mph）曲线74与限定实际速度曲线76的曲线之间的差。在加速部分78，机动车辆12接近并穿越下坡部分64。最大速度部分80限定了机动车辆12以由高选定速度偏差“SD”范围（在本例中+5 mph）容许的恒定高速度（65 mph）行进的范围。高速度（65 mph）就在到达下坡部分64中的点“D”之前实现，并且一直保持直到机动车辆12经过点“F”并已开始上坡部分68之后。减速部分82限定了机动车辆速度从允许的最大高偏差速度（65 mph）向后朝选定速度（60 mph）减小的范围，速度降低持续进行直到过了点“H”。机动车辆12在经过点“H”之后再次以选定速度“S”（60 mph）行进，并且随后持续沿着第三水平段70行进。
参照图4并且再次参照图1和图2，曲线图84呈现了限定示例性公路86的数据点的曲线，公路86在高度上例如在最大高度88与最小高度90之间变化，所述数据点通常是限定海平面之上或之下的高度的数据点。公路86可以被预绘入地图并且是针对限定行程起点92和行程终点94的数据所保存的数据。该数据可经由多个在线或购买的地图或GPS数据源获得，并且可以下载并保存在巡航控制系统10的存储器“M”中，或者在车辆行程开始时或过程中根据需要上载。
参照图5并且再次参照图4，曲线图96标识了限定燃料经济性改进的曲线98，表示为相对于表示范围在零到15 mph之间的车辆速度偏差“SD”值的曲线100的百分比。试验表明，交叉点102出现，超过该点预期在更高选定速度偏差“SD”值下基本上不再有更大的燃料经济性节省。可以预料，可以预先确定最优点104，例如，可以使用较低的速度偏差“SD”值4mph来获得最大燃料经济性节省的大约80%。最优点104可以作为推荐值提供给车辆操作员，或者也可以允许车辆操作员选择对于车辆操作是舒适的速度偏差“SD”的任意值。
参照图6并且再次参照图1至图5，表106提供了描绘速度偏差“SD”值的可能范围的示例性构思1-9。应该注意，也可以选择在这些范围之外的速度偏差“SD”值，例如，具有不同高范围和低范围(例如，+3mph/-5 mph)。虽然指示了较高的速度偏差“SD”值以提供最大燃料经济性节省，但是可能在较低范围车辆操作员舒适性是最优的。例如，某些车辆操作员可能倾向于变化小于20mph的巡航控制操作范围。由于这个原因，给了车辆操作员连同选定速度一起输入他们自己的速度偏差“SD”范围值的选择。
参照图7并且再次参照图1，在输入步骤108中，车辆操作员在车辆速度设置点选择器中输入车辆选定速度“S”，并且在驾驶员选定速度偏差“SD”选择器112中输入速度偏差“SD”范围。巡航控制系统10在最优燃料经济性的计算期间应用多种控制因素来确定最优燃料经济性，并且因此通过应用前馈轴扭矩114、道路高度116、车辆阻力特性118确定最优车辆运行速度范围，并且应用非线性燃料消耗120。使用这些输入值和系统标准，从巡航控制系统10输出选定或期望车辆速度122。
本发明的巡航控制系统10通过执行计算来优化燃料经济性并且在到达公路地形的变化之前改变车辆发动机设置或速度，而不同于标准的车辆巡航控制系统。这种经验方法取代由普通车辆巡航控制系统使用的“反应式”系统，减少了发动机制动、变速器换挡和发动机速度改变以控制车辆速度。本发明的巡航控制系统10还允许车俩操作员在不同范围的最大运行速度与最小运行速度(车辆在系统运行期间将达到的)之间进行选择，这进一步增强了燃料经济性节省。
还应当了解，本发明的巡航控制系统10可以具有其它配置，例如可应用于与手动变速器、混合车辆以及电动运行车辆一起使用。在不脱离本发明的范围的情况下还可以做出关于速度选择和速度偏差“SD”范围的修改。取决于允许的速度偏差“SD”的级别和道路坡度轮廓，本发明的巡航控制系统10将提供增强的燃料经济性益处。此外，本发明的巡航控制系统将提供减少的齿轮换挡、AFM过渡、DFCO事件、负载变化、制动应用(减少制动磨损)以及扭矩反转，以提供改进的车辆耐用性。
使用已知地形，巡航控制系统将用于利用行驶道路坡度轮廓。允许的驾驶员选定速度偏差“SD”将限定允许的车辆速度误差的限制。最大益处将基于逐渐坡度实现。基于逐渐起伏的坡度，本系统将提供显著的燃料经济性益处和增强的耐用性。
根据本发明的若干方面，机动车辆巡航控制系统10包括用于输入期望车辆速度的输入110；用于输入具有期望车辆速度之上和之下两个范围的车辆速度偏差“SD”的输入112；以及至少暂时地保存当前正有机动车辆穿越12的公路地形数据集“TD”的存储器“M”。控制器52用于：使用来自公路地形数据集"TD"的数据区分接近的公路地形变化(B、C、F、G)和当前公路地形状况“A”；以及计算具有增加的燃料经济性的修改后的车辆速度“MS”用于穿越公路地形变化(B、C、F、G)，所述增加的燃料经济性是与在针对当前公路地形状况“A”的选定车辆速度“S”下的燃料经济性相比而言，以及用于在到达前方公路地形变化之前将车辆速度改变为具有增加的燃料经济性的修改后的车辆速度“MS”。
本发明的描述在本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本发明总体要义的变化也旨在落入本发明的范围内。这些变化不能被视为脱离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种机动车辆巡航控制系统，包括：
存储器，其至少暂时地保存当前正有机动车辆穿越的公路地形数据集；
控制器，其用作：
使用来自所述公路地形数据集的数据来区分接近的公路地形变化和当前公路地形状况；以及
相比于当前公路地形状况下的选定车辆速度下的燃料经济性，以及相比于用于在到达前方公路地形变化之前将所述车辆速度改变为具有所述增加的燃料经济性的所述修改后的车辆速度，计算具有用于穿越所述公路地形变化的增加的燃料经济性的修改后的车辆速度。
2.根据权利要求1所述的机动车辆巡航控制系统，还包括
由所述机动车辆的操作员选定并输入至所述控制器的车辆速度偏差范围。
3.根据权利要求2所述的机动车辆巡航控制系统，其中，所述车辆速度偏差范围包括高于所述选定车辆速度的第一速度和低于所述选定车辆速度的第二速度。
4.根据权利要求1所述的机动车辆巡航控制系统，其中，所述控制器计算最高效的燃料运行，用于随后在所述机动车辆穿越所述公路地形变化并且到达基本上平坦的公路部分之后从所述修改后的车辆速度恢复至所述选定速度。
5.根据权利要求3所述的机动车辆巡航控制系统，其中，
所述控制器在所述机动车辆到达所述公路的下坡部分之前命令车辆速度降低。
6.根据权利要求5所述的机动车辆巡航控制系统，其中，所述车辆速度降低以所述第二速度的最小值为界。
7.根据权利要求3所述的机动车辆巡航控制系统，其中，
所述控制器在所述机动车辆到达所述公路的上坡部分之前命令车辆速度增加。
8.根据权利要求7所述的机动车辆巡航控制系统，其中，所述车辆速度增加以所述第一速度的最大值为界。
9.根据权利要求7所述的机动车辆巡航控制系统，其中，所述巡航控制系统的所述控制器计算所述公路上坡部分上的点，在所述点处允许所述机动车辆在到达所述上坡部分的顶点之前在高速度运行状态下朝所述选定速度减速。
10.根据权利要求1所述的机动车辆巡航控制系统，其中，在所述增加的燃料经济性的计算中包括非线性燃料消耗，在所述增加的燃料经济性的计算中包括车辆阻力特性，以及在所述增加的燃料经济性的计算中包括轴扭矩。
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