CN118564641A - 一种预见性换挡控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种预见性换挡控制方法、装置、设备及存储介质，涉及换挡控制技术领域，包括：根据目标车辆前方道路的道路信息，计算未来不同换挡时刻的预测车速值；根据每个换挡时刻的预测车速值，计算每个换挡时刻的若干个预测挡位；通过动态规划算法计算每个换挡时刻的最优挡位，以使目标车辆按照所有换挡时刻的最优挡位换挡后，换挡过程中燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的第一总和最低；控制目标车辆根据每个换挡时刻的最优挡位执行换挡操作。本申请中预测出的挡位可以与当前的道路情况相匹配，并使得目标车辆根据最优换挡序列进行换挡时，目标车辆的燃油消耗、速度损失、功率损失、换挡冲击损耗较小。

Description

一种预见性换挡控制方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本申请涉及换挡控制技术领域，尤其涉及一种预见性换挡控制方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
车辆换挡控制技术在汽车工业中占据着重要地位，直接影响到车辆的动力性能、燃油经济性和驾驶舒适性。
传统的自动变速箱换挡控制技术主要基于预设的速度阈值或速度与扭矩(油门开度)联合阈值来进行的切换，这种基于策略的换挡方式在一定程度上能够满足车辆的基本驾驶需求，但是无法与道路的变化相匹配，同时也存在燃油消耗不经济、车辆速度及功率损失较大、换挡冲击损耗大。的缺点。
发明内容
本申请提供一种预见性换挡控制方法、装置、设备及存储介质，用以解决现有的换挡控制技术无法与道路的变化相匹配，同时也存在燃油消耗不经济、车辆速度及功率损失较大、换挡冲击损耗大的缺点问题。
第一方面，本申请提供一种预见性换挡控制方法，所述方法包括：
根据目标车辆前方道路的道路信息，计算当前时刻之后所述目标车辆在不同换挡时刻的预测车速值；
根据每个所述换挡时刻的所述预测车速值，计算所述目标车辆在每个所述换挡时刻的若干个预测挡位；
根据所述每个所述换挡时刻的若干个预测挡位，通过动态规划算法计算每个所述换挡时刻的最优挡位，以使所述目标车辆按照所有所述换挡时刻的所述最优挡位换挡后，所述目标车辆换挡过程中燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的第一总和最低；
控制所述目标车辆在每个所述换挡时刻，根据当前的所述换挡时刻的所述最优挡位执行换挡操作。
在一种可能的设计中，所述根据所述每个所述换挡时刻的若干个预测挡位，通过动态规划算法计算每个所述换挡时刻对应的最优挡位，包括：
计算两个相邻的所述换挡时刻之间，前一个所述换挡时刻的所述最优挡位，切换到后一个所述换挡时刻的每个所述预测挡位过程中所述燃油消耗值、所述车辆速度损失值、所述发动机后备功率损失值、所述换挡冲击损耗值的第二总和，将换挡过程中所述第二总和最低的所述预测挡位确定为后一个所述换挡时刻的所述最优挡位；
重复上述步骤，直到确定每个所述换挡时刻的所述最优挡位。
在一种可能的设计中，所述计算两个相邻的所述换挡时刻之间，前一个所述换挡时刻的所述最优挡位，切换到后一个所述换挡时刻的每个所述预测挡位过程中所述燃油消耗值、所述车辆速度损失值、所述发动机后备功率损失值、所述换挡冲击损耗值的第二总和，包括：
根据总代价函数，计算第k-1个所述换挡时刻的所述最优挡位，切换到第k个所述换挡时刻的一个所述的预测挡位的所述第二总和，所述总代价函数为：
Jk-1→k＝Jfuel-loss+Jspeed-loss+Jpower-reserve+Jshift-oscillations
其中，Jfuel-loss为所述燃油消耗值，ng(k-1)为第k-1个所述换挡时刻的所述最优挡位，ng(k)为第k个所述换挡时刻的一个所述预测挡位，为所述目标车辆发动机燃油消耗率；
其中，Jspeed-loss为所述车辆速度损失值，v为换挡前后所述目标车辆损失速度，mv为换挡前后所述目标车辆的重量，Hu为所述目标车辆发动机热值，ηconversion为所述目标车辆发动机转化效率；
Jpower-reserve＝max[-(Tfull-load-TDmd)×ωICE×weightpower-reser,0]
其中，Jpower-reserve为所述发动机后备功率损失值，ωICE为第k个所述换挡时刻所述目标车辆发动机的转速，TDmd为第k个所述换挡时刻所述目标车辆发动机的需求扭矩，Tfull-load为第k个所述换挡时刻所述目标车辆发动机的最大扭矩，weightpower-reser为预设权重系数；
其中，costgear-1，costgear≥1分别为预设的代价参数。
在一种可能的设计中，所述根据每个所述换挡时刻的所述预测车速值，计算所述目标车辆在每个所述换挡时刻的若干个预测挡位，包括：
根据每个所述换挡时刻的所述预测车速值，计算每个所述换挡时刻所述目标车辆的轮端需求转速及轮端需求扭矩；
根据每个所述换挡时刻所述轮端需求转速、所述轮端需求扭矩，计算所述目标车辆在每个所述换挡时刻的若干个预测挡位。
在一种可能的设计中，所述根据每个所述换挡时刻所述轮端需求转速、所述轮端需求扭矩，计算所述目标车辆在每个所述换挡时刻的若干个预测挡位，包括：
根据预设升降挡规则以及所述当前时刻所述目标车辆的挡位，确定每个所述换挡时刻的若干个候选挡位，所述预设升降挡规则指示所述目标车辆升挡或降挡时挡位的变化范围；
根据目标换挡时刻的所述候选挡位、所述轮端需求转速、所述轮端需求扭矩，计算目标候选挡位对应的所述目标车辆发动机需求转速、所述目标车辆发动机需求扭矩，若所述目标车辆发动机需求转速处于预设转速范围内且所述目标车辆发动机需求扭矩处于预设扭矩范围内，则将所述目标候选挡位确定为所述预测挡位。
在一种可能的设计中，所述根据目标换挡时刻的所述候选挡位、所述轮端需求转速、所述轮端需求扭矩，计算目标候选挡位对应的所述目标车辆发动机需求转速、所述目标车辆发动机需求扭矩，包括：
根据所述候选挡位、所述轮端需求转速，通过转速换算公式，计算所述目标车辆发动机需求转速，所述转速换算公式为：
ωe(k)＝ωw(k)rg(ng(k))rd
根据所述候选挡位、所述轮端需求扭矩，通过扭矩换算公式，计算所述目标车辆发动机需求扭矩，所述扭矩换算公式为：
Tw(k)＝ηrg(ng(k))rdTe(k)
其中，ωe(k)为第k个所述换挡时刻，所述目标候选挡位对应的所述目标车辆发动机需求转速；ωw为第k个所述换挡时刻所述轮端需求转速；rg为所述目标车辆变速比，ng(k)为所述目标候选挡位，rd为所述目标车辆传动轴末端减速比；Tw(k)为第k个所述换挡时刻所述轮端需求扭矩；η为所述目标车辆变速箱传递效率，Te(k)为第k个所述换挡时刻，所述目标候选挡位对应的所述目标车辆发动机需求转速。
在一种可能的设计中，所述根据目标车辆前方道路的道路信息，计算当前时刻之后所述目标车辆在不同换挡时刻的预测车速值，包括：
根据所述目标车辆前方道路的坡度信息、道路曲率信息、限速信息，计算所述目标车辆在不同的所述换挡时刻的所述预测车速值。
第二方面，本申请提供一种预见性换挡控制装置，所述装置包括：
车速预测模块，用于：根据目标车辆前方道路的道路信息，计算当前时刻之后所述目标车辆在不同换挡时刻的预测车速值；
挡位预测模块，用于：根据每个所述换挡时刻的所述预测车速值，计算所述目标车辆在每个所述换挡时刻的若干个预测挡位；
挡位规划模块，用于：根据所述每个所述换挡时刻的若干个预测挡位，通过动态规划算法计算每个所述换挡时刻的最优挡位，以使所述目标车辆按照所有所述换挡时刻的所述最优挡位换挡后，所述目标车辆换挡过程中燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的第一总和最低；
换挡执行模块，用于：控制所述目标车辆在每个所述换挡时刻，根据当前的所述换挡时刻的所述最优挡位执行换挡操作。
第三方面，本申请提供一种预见性换挡控制设备，所述设备包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如第一方面所述的预见性换挡控制方法。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如第一方面所述的预见性换挡控制方法。
本申请提供的一种预见性换挡控制方法、装置、设备及存储介质，实现了如下技术效果：
本申请根据目标车辆前方的道路信息计算出未来一段时间内不同的时刻的车速值，再根据车速值计算出目标车辆可能的挡位，从而使得目标车辆的挡位可以与当前的道路情况相匹配。本申请根据每个时刻目标车辆所有可能的挡位规划出换挡过程中的燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的总和最低的最优换挡序列，从而使得目标车辆根据该最优换挡序列进行换挡时，目标车辆的燃油消耗、速度损失、功率损失、换挡冲击损耗较小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种预见性换挡控制方法流程图；
图2为本申请实施例提供的另一种预见性换挡控制方法方法流程图；
图3是本申请实施例提供的不同换挡时刻候选挡位示意图；
图4是本申请实施例提供的最优换挡路径示意图；
图5为本申请实施例提供的一种预见性换挡控制装置示意图；
图6为本申请实施例提供的一种预见性换挡控制设备的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先对本申请所涉及的相关概念或名词进行解释：
车辆动力链(Powertrain)：是指将发动机产生的动力传递到车轮以驱动车辆的所有组件和系统的总称。动力链的主要功能是将发动机的机械能转换为车轮的旋转运动，从而实现车辆的驱动，动力链的设计和性能对车辆的动力性、燃油经济性和驾驶体验有着直接的影响，具体由发动机、变速器、传动轴、差速器、驱动桥、车轮等组成；
动态规划算法(Dynamic Programming，DP)：是一种用于解决复杂问题的算法设计技术，特别适用于那些可以分解为更小的子问题并且子问题之间具有重叠性质的问题，动态规划通过将问题分解为子问题，解决每个子问题一次并存储其结果，从而避免重复计算，最终解决原问题。
针对现有的换挡控制技术无法与道路的变化相匹配，同时也存在燃油消耗不经济、车辆速度及功率损失较大、换挡冲击损耗大的缺点，本申请的技术构思是：根据目标车辆前方道路的道路信息，预测未来的一段时间内不同时刻目标车辆的车速值，通过每个时刻预测出的车速值，可以计算每个时刻目标车辆所有可能的挡位，即每个时刻目标车辆都有若干个可能的挡位。再根据每个时刻目标车辆所有可能的挡位，通过动态规划算法确定一个最优档位序列，该最优档位序列由不同时刻最优的挡位组成，目标车辆根据该最优档位序列中不同时刻的档位值进行换挡时，换挡过程中的燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的总和最低。获得该最优档位序列后，控制目标车辆按照该最优档位序列中不同时刻的档位值执行换挡操作。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
实施例一
本申请实施例提供一种预见性换挡控制方法，该方法可以应用于车辆的控制单元。图1为本申请实施例提供的一种预见性换挡控制方法流程图，如图1所示，该方法包括：
S101、根据目标车辆前方道路的道路信息，计算当前时刻之后目标车辆在不同换挡时刻的预测车速值；
具体的，控制单元可以获取目标车辆所处位置的电子地图，并根据驾驶员输入的行驶终点确定一定长度的前方道路，该前方道路的长度例如可以为两公里，从而可以获取这段前方道路的道路信息。道路信息可以包括前方道路的坡度信息、道路曲率信息、道路限速信息，将这些信息输入预训练的车速预测模型，从而预测出未来的不同换挡时刻目标车辆的预测车速值，每个换挡时刻的预测车速值即为该换挡时刻目标车辆最佳的车速值。车辆的车速是决定车辆挡位的关键参数，通过确定出不同换挡时刻的预测车速值，可以计算出不同换挡时刻的最优挡位。最终，通过该步骤计算出基于时间的车速参考序列，车速参考序列例如可以为{vref0,vref1,vref2,...,vrefn}，即n+1个未来的换挡时刻对应的预测车速值。
S102、根据每个换挡时刻的预测车速值，计算目标车辆在每个换挡时刻的若干个预测挡位；
具体的，在获得每个换挡时刻的预测车速值后，由于目标车辆的车速与目标车辆的挡位、目标车辆的动力链相关参数有关，因此可以根据该换挡时刻的预测车速值以及目标车辆动力链的相关参数，计算出每个换挡时刻的若干个预测挡位，即每个换挡时刻都对应着一个或多个可能的预测挡位，例如，第k个换挡时刻目标车轮可能的预测挡位可以为一挡、二档。
S103、根据每个换挡时刻的若干个预测挡位，通过动态规划算法计算每个换挡时刻的最优挡位，以使目标车辆按照所有换挡时刻的最优挡位换挡后，目标车辆换挡过程中燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的第一总和最低；
在获得每个换挡时刻对应的预测挡位后，可以通过动态规划算法，可以找出最优的换挡路径，该最优的换挡路径是由不同换挡时刻对应的最优挡位组成的，在有k＝5个换挡时刻时，最优的换挡路径例如可以为如下的形式：
换挡时刻 k＝0 k＝1 k＝2 k＝3 k＝4 k＝5
最优挡位 2挡 3挡 2挡 1挡 2挡 2挡
目标车辆按照该最优的换挡路径完成换挡后，燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的第一总和最低，具体可以通过动态规划算法，计算相邻的换挡时刻之间换挡造成的燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值确定最优的换挡路径。
S104、控制目标车辆在每个换挡时刻，根据当前的换挡时刻的最优挡位执行换挡操作。
在获得上述的最优的换挡序列后，控制单元根据该最优的换挡序列信息，在不同的换挡时刻，根据当前换挡时刻对应的最优挡位，控制目标车辆的变速箱执行换挡操作，将目标车辆的挡位切换到最优挡位。
本实施例提供的一种预见性换挡控制方法，实现了如下技术效果：
本实施例根据目标车辆前方的道路信息计算出未来一段时间内不同的时刻的车速值，再根据车速值计算出目标车辆可能的挡位，从而使得目标车辆的挡位可以与当前的道路情况相匹配。本实施例根据每个时刻目标车辆所有可能的挡位规划出换挡过程中的燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的总和最低的最优换挡序列，从而使得目标车辆根据该最优换挡序列进行换挡时，目标车辆的燃油消耗、速度损失、功率损失、换挡冲击损耗较小。
下面采用一个具体的实施例，对本申请的预见性换挡控制方法进行详细说明。
实施例二
图2为本申请实施例提供的另一种预见性换挡控制方法流程图。如图2所示，方法包括：
S201、根据目标车辆前方道路的坡度信息、道路曲率信息、限速信息，计算目标车辆在不同换挡时刻的预测车速值。
S202、根据每个换挡时刻的预测车速值，计算每个换挡时刻目标车辆的轮端需求转速及轮端需求扭矩；
具体的，在获得每个换挡时刻的预测车速值后，可以根据预测车速值、目标车辆的车轮半径换算出轮端需求转速，即，使目标车辆达到该预测车速值的车轮转速。再根据轮端需求转速、车轮的半径计算出轮端需求扭矩。
S203、根据每个换挡时刻轮端需求转速、轮端需求扭矩，计算目标车辆在每个换挡时刻的若干个预测挡位；
具体的，首先根据预设升降挡规则以及当前时刻目标车辆的挡位，确定每个换挡时刻的若干个候选挡位。预设升降挡规则规定了每次升挡或降挡时，挡位的变化范围，例如，一种可能的预设升降挡规则可以为每次升挡只能上升一挡，每次降挡时只能下降一挡。根据实际需求，可以有多种预设升降挡规则，例如每次升挡只能上升一挡，每次降挡时最多下降二挡也是可行的。
预设升降挡规则可以存储于车辆的存储单元，控制单元根据当前时刻目标车辆的挡位，可以根据预设升降挡规则确定出未来所有的换挡时刻，目标车辆所有可能的候选挡位。图3是本申请实施例提供的不同换挡时刻候选挡位示意图，如图3所示，k＝0时为当前时刻，当前时刻目标车辆的挡位是2挡，假设预设升降挡规则为每次升挡只能上升一挡，每次降挡时只能下降一挡，且不能降低到0挡，因此可以得到k＝1换挡时刻到k＝3换挡时刻所有可能的挡位，图3中边框加粗的挡位为所有可能的候选挡位。
接着，根据目标换挡时刻的候选挡位、轮端需求转速、轮端需求扭矩，计算目标候选挡位对应的目标车辆发动机需求转速、目标车辆发动机需求扭矩，若目标车辆发动机需求转速处于预设转速范围内且目标车辆发动机需求扭矩处于预设扭矩范围内，则将目标候选挡位确定为预测挡位。需要说明的是，车辆的挡位用来改变车辆的变速比，变速比(或传动比)指发动机转速与车轮转速之间的比例关系。通过改变挡位，变速箱可以调整这个比例，从而改变车辆的速度和扭矩输出，因此，在计算出车辆轮端需求转速、轮端需求扭矩后，可以根据可能的候选挡位反推出需要的发动机转速、发动机扭矩。由于发动机的转速、扭矩必须处于一定范围内发动机才能正常工作，因此，反推出的目标车辆发动机需求转速必须处于预设转速范围内，反推出的目标车辆发动机需求扭矩必须处于预设扭矩范围内。具体的，目标车辆发动机需求转速、目标车辆发动机需求扭矩的约束条件可以为如下形式：
ωe,min≤ωe(k)≤ωe,max
0≤Te(k)≤Te,max(ωe(k))
其中，ωe(k)为目标车辆发动机需求转速，ωe,min为目标车辆发动机转速下限值，ωe,max为发动机转速上限值；Te(k)为目标车辆发动机需求扭矩，Te,max(ωe(k))为目标车辆发动机扭矩上限值。
可选的，还可以根据目标车辆的挡位范围对候选挡位进行约束，例如可以为如下形式：
1≤ng(k)≤nmax
其中，ng(k)为第k个换挡时刻目标车辆的挡位，nmax为目标车辆挡位上限。
本实施例中，可以根据上述的约束方式对候选挡位进行综合约束，对某个目标换挡时刻的一个目标候选挡位来说，通过该目标候选挡位、该目标换挡时刻反推出的发动机需求转速、发动机需求扭矩分别在发动机转速范围、发动机扭矩范围内，并且该目标候选挡位在目标车辆挡位范围内，满足了这些条件，可以将该目标候选挡位确定为该目标换挡时刻的一个预测挡位。步骤S203确定候选挡位、确定预测挡位的方法，首先，根据预设升降挡规则确定候选挡位的方法较为简单，计算复杂度低，并且通过多个约束条件从候选挡位中确定预测挡位，能够保证目标车辆的正常行驶。
可选的，根据目标换挡时刻的候选挡位、轮端需求转速、轮端需求扭矩，计算目标候选挡位对应的目标车辆发动机需求转速、目标车辆发动机需求扭矩，包括：
根据候选挡位、轮端需求转速，通过转速换算公式，计算目标车辆发动机需求转速，转速换算公式为：
ωe(k)＝ωw(k)rg(ng(k))rd
根据候选挡位、轮端需求扭矩，通过扭矩换算公式，计算目标车辆发动机需求扭矩，扭矩换算公式为：
Tw(k)＝ηrg(ng(k))rdTe(k)
其中，ωe(k)为第k个换挡时刻，目标候选挡位对应的目标车辆发动机需求转速；ωw为第k个换挡时刻轮端需求转速；rg为目标车辆变速比，ng(k)为目标候选挡位，rd为目标车辆传动轴末端减速比；Tw(k)为第k个换挡时刻轮端需求扭矩；η为目标车辆变速箱传递效率，Te(k)为第k个换挡时刻，目标候选挡位对应的目标车辆发动机需求转速。
S204、根据每个换挡时刻的若干个预测挡位，通过动态规划算法计算每个换挡时刻对应的最优挡位；
通过动态规划算法计算每个换挡时刻对应的最优挡位，可以通过以下步骤：
步骤一、计算两个相邻的换挡时刻之间，前一个换挡时刻的最优挡位，切换到后一个换挡时刻的每个预测挡位过程中燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的第二总和，将换挡过程中第二总和最低的预测挡位确定为后一个换挡时刻的最优挡位；
步骤二、重复步骤一，直到确定每个换挡时刻的最优挡位。
图4是本申请实施例提供的最优换挡路径示意图，如图4所示，填充灰色的挡位为各个换挡时刻的最优挡位。具体的，动态规划算法的原理是将待求解的问题分解为若干个子问题(阶段)，按顺序求解子阶段，前一子问题的解，为后一个子问题的求解提供有用信息，在求解任一子问题时，列出各自可能的局部解，通过决策保留哪些有可能达到最优的局部解，丢弃其他局部解，通过依次解决各子问题，最后一个子问题就是初始问题的解。具体到本申请，当前时刻目标车辆的挡位是确定的，可以将当前时刻的挡位作为初始的最优挡位，从该挡位出发，计算该挡位到下一个未来的换挡时刻的每个预测挡位的第二总和，将第二总和最低的那个预测挡位作为下一个未来的换挡时刻的最优挡位，重复上述步骤，直到找出所有换挡时刻的最优挡位。通过动态规划算法，由于每个子问题只保存最优解，下一个子问题只根据上一个子问题的最优解计算，相比于递归算法可以大大降低运算复杂度。
可选的，计算两个相邻的换挡时刻之间，前一个换挡时刻的最优挡位，切换到后一个换挡时刻的每个预测挡位过程中燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的第二总和，包括：
根据总代价函数，计算第k-1个换挡时刻的最优挡位，切换到第k个换挡时刻的一个的预测挡位的第二总和，总代价函数为：
Jk-1→k＝Jfuel-loss+Jspeed-loss+Jpower-reserve+Jshift-oscillations
其中，Jfuel-loss为燃油消耗值，ng(k-1)为第k-1个换挡时刻的最优挡位，ng(k)为第k个换挡时刻的一个预测挡位，为目标车辆发动机燃油消耗率，可以基于发动机扭矩和转速标定的发动机静态比油耗图(BSFC)得到；
其中，Jspeed-loss为车辆速度损失值，v为换挡前后目标车辆损失速度，mv为换挡前后目标车辆的重量，Hu为目标车辆发动机热值，ηconversion为目标车辆发动机转化效率；
Jpower-reserve＝max[-(Tfull-load-TDmd)×ωICE×weightpower-reser,0]
其中，Jpower-reserve为发动机后备功率损失值，ωICE为第k个换挡时刻目标车辆发动机的转速，TDmd为第k个换挡时刻目标车辆发动机的需求扭矩，Tfull-load为第k个换挡时刻目标车辆发动机的最大扭矩，weightpower-reser为预设权重系数；
其中，costgear-1，costgear≥1分别为预设的代价参数。
动态规划算法的目的是，找到最优的控制策略u*(k)，使得整体的代价函数J取得最小值：
u*(k)＝arg min J
J为当前时刻k＝0到未来k＝n换挡时刻，整体的路径损耗即上述的第一总和。通过动态规划算法，规划出换挡过程中的燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的总和最低的最优换挡序列，从而使得目标车辆根据该最优换挡序列进行换挡时，目标车辆的燃油消耗、速度损失、功率损失、换挡冲击损耗较小。
S205、控制目标车辆在每个换挡时刻，根据当前的换挡时刻的最优挡位执行换挡操作。
本发明实施例可以根据上述方法示例对电子设备或主控设备进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本发明实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
图5为本申请实施例提供的一种预见性换挡控制装置示意图。如图4所示，该设备50包括：车速预测模块501、挡位预测模块502、挡位规划模块503、换挡执行模块504；
车速预测模块501，用于：根据目标车辆前方道路的道路信息，计算当前时刻之后目标车辆在不同换挡时刻的预测车速值；
挡位预测模块502，用于：根据每个换挡时刻的预测车速值，计算目标车辆在每个换挡时刻的若干个预测挡位；
挡位规划模块503，用于：根据每个换挡时刻的若干个预测挡位，通过动态规划算法计算每个换挡时刻的最优挡位，以使目标车辆按照所有换挡时刻的最优挡位换挡后，目标车辆换挡过程中燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的第一总和最低；
换挡执行模块504，用于：控制目标车辆在每个换挡时刻，根据当前的换挡时刻的最优挡位执行换挡操作。
本实施例提供的预见性换挡控制装置，可执行上述实施例的预见性换挡控制方法，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
在前述的基于重载车辆的挡位控制设备的具体实现中，各模块可以被实现为处理器，处理器可以执行存储器中存储的计算机执行指令，使得处理器执行上述的基于重载车辆的挡位控制方法。
图6为本申请实施例提供的一种预见性换挡控制设备的结构示意图。如图6所示，该电子设备60包括：至少一个处理器601和存储器602。该电子设备60还包括通信部件603。其中，处理器601、存储器602以及通信部件603通过总线604连接。
在具体实现过程中，至少一个处理器601执行所述存储器602存储的计算机执行指令，使得至少一个处理器601执行上述的预见性换挡控制方法。
处理器601的具体实现过程可参见上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
在上述实施例中，应理解，处理器可以是中央处理单元(英文：CentralProcessing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：DigitalSignal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application Specific IntegratedCircuit，简称：ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储NVM，例如至少一个磁盘存储器。
总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。
上述针对电子设备以及主控设备所实现的功能，对本发明实施例提供的方案进行了介绍。可以理解的是，电子设备或主控设备为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。结合本发明实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本发明实施例能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的技术方案的范围。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现上述的预见性换挡控制方法。
上述的计算机可读存储介质，上述可读存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。可读存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
一种示例性的可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该可读存储介质读取信息，且可向该可读存储介质写入信息。当然，可读存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuits，简称：ASIC)中。当然，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于电子设备或主控设备中。
本申请还提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括：计算机程序，计算机程序存储在可读存储介质中，电子设备的至少一个处理器可以从可读存储介质读取计算机程序，至少一个处理器执行计算机程序使得电子设备执行上述任一实施例提供的方案。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种预见性换挡控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据目标车辆前方道路的道路信息，计算当前时刻之后所述目标车辆在不同换挡时刻的预测车速值；
根据每个所述换挡时刻的所述预测车速值，计算所述目标车辆在每个所述换挡时刻的若干个预测挡位；
根据所述每个所述换挡时刻的若干个预测挡位，通过动态规划算法计算每个所述换挡时刻的最优挡位，以使所述目标车辆按照所有所述换挡时刻的所述最优挡位换挡后，所述目标车辆换挡过程中燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的第一总和最低；
控制所述目标车辆在每个所述换挡时刻，根据当前的所述换挡时刻的所述最优挡位执行换挡操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个所述换挡时刻的若干个预测挡位，通过动态规划算法计算每个所述换挡时刻对应的最优挡位，包括：
计算两个相邻的所述换挡时刻之间，前一个所述换挡时刻的所述最优挡位，切换到后一个所述换挡时刻的每个所述预测挡位过程中所述燃油消耗值、所述车辆速度损失值、所述发动机后备功率损失值、所述换挡冲击损耗值的第二总和，将换挡过程中所述第二总和最低的所述预测挡位确定为后一个所述换挡时刻的所述最优挡位；
重复上述步骤，直到确定每个所述换挡时刻的所述最优挡位。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算两个相邻的所述换挡时刻之间，前一个所述换挡时刻的所述最优挡位，切换到后一个所述换挡时刻的每个所述预测挡位过程中所述燃油消耗值、所述车辆速度损失值、所述发动机后备功率损失值、所述换挡冲击损耗值的第二总和，包括：
根据总代价函数，计算第k-1个所述换挡时刻的所述最优挡位，切换到第k个所述换挡时刻的一个所述的预测挡位的所述第二总和，所述总代价函数为：
Jk-1→k＝Jfuel-loss+Jspeed-loss+Jpower-reserve+Jshift-oscillations
其中，Jfuel-loss为所述燃油消耗值，ng(k-1)为第k-1个所述换挡时刻的所述最优挡位，ng(k)为第k个所述换挡时刻的一个所述预测挡位，为所述目标车辆发动机燃油消耗率；
其中，Jspeed-loss为所述车辆速度损失值，v为换挡前后所述目标车辆损失速度，mv为换挡前后所述目标车辆的重量，Hu为所述目标车辆发动机热值，ηconversion为所述目标车辆发动机转化效率；
Jpower-reserve＝max[-(Tfull-load-TDmd)×ωICE×weightpower-reser,0]
其中，Jpower-reserve为所述发动机后备功率损失值，ωICE为第k个所述换挡时刻所述目标车辆发动机的转速，TDmd为第k个所述换挡时刻所述目标车辆发动机的需求扭矩，Tfull-load为第k个所述换挡时刻所述目标车辆发动机的最大扭矩，weightpower-reser为预设权重系数；
其中，costgear-1，costgear≥1分别为预设的代价参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个所述换挡时刻的所述预测车速值，计算所述目标车辆在每个所述换挡时刻的若干个预测挡位，包括：
根据每个所述换挡时刻的所述预测车速值，计算每个所述换挡时刻所述目标车辆的轮端需求转速及轮端需求扭矩；
根据每个所述换挡时刻所述轮端需求转速、所述轮端需求扭矩，计算所述目标车辆在每个所述换挡时刻的若干个预测挡位。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据每个所述换挡时刻所述轮端需求转速、所述轮端需求扭矩，计算所述目标车辆在每个所述换挡时刻的若干个预测挡位，包括：
根据预设升降挡规则以及所述当前时刻所述目标车辆的挡位，确定每个所述换挡时刻的若干个候选挡位，所述预设升降挡规则指示所述目标车辆升挡或降挡时挡位的变化范围；
根据目标换挡时刻的所述候选挡位、所述轮端需求转速、所述轮端需求扭矩，计算目标候选挡位对应的所述目标车辆发动机需求转速、所述目标车辆发动机需求扭矩，若所述目标车辆发动机需求转速处于预设转速范围内且所述目标车辆发动机需求扭矩处于预设扭矩范围内，则将所述目标候选挡位确定为所述预测挡位。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据目标换挡时刻的所述候选挡位、所述轮端需求转速、所述轮端需求扭矩，计算目标候选挡位对应的所述目标车辆发动机需求转速、所述目标车辆发动机需求扭矩，包括：
根据所述候选挡位、所述轮端需求转速，通过转速换算公式，计算所述目标车辆发动机需求转速，所述转速换算公式为：
ωe(k)＝ωw(k)rg(ng(k))rd
根据所述候选挡位、所述轮端需求扭矩，通过扭矩换算公式，计算所述目标车辆发动机需求扭矩，所述扭矩换算公式为：
Tw(k)＝ηrg(ng(k))rdTe(k)
其中，ωe(k)为第k个所述换挡时刻，所述目标候选挡位对应的所述目标车辆发动机需求转速；ωw为第k个所述换挡时刻所述轮端需求转速；rg为所述目标车辆变速比，ng(k)为所述目标候选挡位，rd为所述目标车辆传动轴末端减速比；Tw(k)为第k个所述换挡时刻所述轮端需求扭矩；η为所述目标车辆变速箱传递效率，Te(k)为第k个所述换挡时刻，所述目标候选挡位对应的所述目标车辆发动机需求转速。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据目标车辆前方道路的道路信息，计算当前时刻之后所述目标车辆在不同换挡时刻的预测车速值，包括：
根据所述目标车辆前方道路的坡度信息、道路曲率信息、限速信息，计算所述目标车辆在不同的所述换挡时刻的所述预测车速值。
8.一种预见性换挡控制装置，其特征在于，所述装置包括：
车速预测模块，用于：根据目标车辆前方道路的道路信息，计算当前时刻之后所述目标车辆在不同换挡时刻的预测车速值；
挡位预测模块，用于：根据每个所述换挡时刻的所述预测车速值，计算所述目标车辆在每个所述换挡时刻的若干个预测挡位；
挡位规划模块，用于：根据所述每个所述换挡时刻的若干个预测挡位，通过动态规划算法计算每个所述换挡时刻的最优挡位，以使所述目标车辆按照所有所述换挡时刻的所述最优挡位换挡后，所述目标车辆换挡过程中燃油消耗值、车辆速度损失值、发动机后备功率损失值、换挡冲击损耗值的第一总和最低；
换挡执行模块，用于：控制所述目标车辆在每个所述换挡时刻，根据当前的所述换挡时刻的所述最优挡位执行换挡操作。
9.一种预见性换挡控制设备，其特征在于，所述设备包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如权利要求1至7中任一项所述的预见性换挡控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1至7任一项所述的预见性换挡控制方法。
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