利用最佳速度曲線的路線導航的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及利用最佳速度曲線的路線導航。當穿過在第一位置與目的地之間的路段所整合的路線時，對車輛的能量消耗進行最佳化。速度曲線發(fā)生器至少部分地位于車輛外并利用車輛的能量消耗模型以及對應于該路徑路線的道路等級數(shù)據(jù)以計算最佳的速度曲線。該速度曲線指明路線上的各位置的目標速度以利用最佳能量消耗穿過路線。速度曲線發(fā)生器比較在最大軌跡和最小軌跡之間的多個可行速度曲線軌跡的能量消耗，以確定最佳速度曲線。速度更新器響應于車輛的當前位置和最佳速度曲線，以啟動當前位置的目標速度。
【專利說明】利用最佳速度曲線的路線導航

【技術領域】
[0001]本發(fā)明一般涉及用于控制運輸車輛的速度以最佳化能量效率的方法和裝置，并且更具體地，涉及在確定的路線和相應的道路狀況例如道路等級的基礎上基于云計算以限定最佳速度曲線。

【背景技術】
[0002]車輛制造商不斷地努力以最小化用于驅動車輛(例如，使用于汽油車輛的每單位汽油或用于電驅動車輛的單位電荷所驅動的距離最大化)的能量消耗。影響效率的重要因素包括車輛被驅動的速度、驅動路線的道路等級變化以及交通狀況。自動速度控制(即，巡航控制)系統(tǒng)通過降低加速車輛所消耗的時間量，能夠對燃油經(jīng)濟產(chǎn)生有益影響，尤其在高速公路行駛時。但是，與如果車速被允許變化從而利用道路等級的變化以最佳化燃料消耗相比，在上坡和下坡道路等級時維持單一速度設置會消耗更多的燃料。如果道路等級的未來變化是提前已知的(例如，從基于GPS的地圖和高級指路(routing))，則暫時偏移能被引入在速度設置中，因此改善能量消耗。隨著接近新的等級拓撲，速度變化能夠被確定并實施以降低穿過它的能量。然而，由于其有限的范圍或視野，用基于附近的等級變化改變車速的現(xiàn)有技術系統(tǒng)實現(xiàn)有限的效率提聞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一些實施例中，本發(fā)明提供了一種速度控制系統(tǒng)，其利用駕駛員的信息(例如，目的地和所選路線)以及從車載和車外數(shù)據(jù)庫(例如，地理和交通數(shù)據(jù))的可用的其它可用信息資源來提供汽車前方的路徑的電子視野或預觀和最佳化速度曲線，從而降低路線上的能量消耗?？稍L問外部信息資源例如V2V、智能交通系統(tǒng)(ITS)以及公共互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站以獲得所需信息(例如，實時交通)。由于高的計算負荷，車外計算資源被用于將數(shù)據(jù)應用至汽車能量消耗的預測模型。結合所有的這些可用信息源以及有關駕駛員的目的地和優(yōu)選行程時間的信息，創(chuàng)建在本位置和目的地之間導致最佳燃料效率的推薦車速曲線。路線選擇可基于評估用于不同的可能路線的燃料消耗。
[0004]本發(fā)明利用動態(tài)編程計算最佳車輛速度曲線，所述動態(tài)編程通過考慮沿著應用于車輛燃料消耗模型的路徑的關于道路(例如，道路等級)的當?shù)亟煌?、速度以及各種特征的確定性信息確定預限定路徑上的最佳車輛速度曲線。由于動態(tài)編程是計算密集型的，其超出可用在車載車輛上的計算能力。本發(fā)明無線地利用可用資源(例如，通過互聯(lián)網(wǎng))并將結果下載至車輛，用于速度控制系統(tǒng)。最佳速度曲線提高燃料經(jīng)濟性，其遠超過目標在于恒速的傳統(tǒng)速度控制系統(tǒng)可用的燃料經(jīng)濟性。
[0005]在本發(fā)明的一個方面中，用于最佳化車輛能量消耗的系統(tǒng)包括用于將路段整合為從第一位置至目的地的路線的路線計算器。速度曲線發(fā)生器至少部分地位于車輛外并利用車輛的能量消耗模型以及對應于該路線的道路等級數(shù)據(jù)來計算最佳速度曲線。該速度曲線指明路線上各位置的目標速度以利用最佳能量消耗穿過路線。速度曲線發(fā)生器比較最大軌跡和最小軌跡之間的多個可行速度曲線軌跡的能量消耗，從而確定最佳速度曲線。速度更新器響應于車輛的當前位置和最佳速度曲線，以啟動用于當前位置的目標速度。
[0006]在另一個實施例中，用于最佳化車輛的能量消耗的方法包括:將路段整合為從第一位置至目的地的路線；評估車輛的能量消耗模型以及對應于該路線的道路等級數(shù)據(jù)以計算最佳速度曲線，其指明路線上用于各位置的目標速度從而利用最佳化能量消耗穿過路線，其中針對最大軌跡和最小軌跡之間的多個可行速度曲線軌跡比較能量消耗，從而確定最佳速度曲線；以及響應于車輛的當前位置和最佳速度曲線啟動目標速度。
[0007]在另一個實施例中，所述方法進一步包括以下步驟:確定由駕駛員導致的目標速度的接受率；以及如果所確定的接受率低于閾值，則利用被選定以提高接受率的修改的最大和最小軌跡重新計算最佳速度曲線。
[0008]在另一個實施例中，根據(jù)如下公式依次確定用于每個依次的目標速度k的接受率R(k):
[0009]R(k) = (l_a )R(k_l) + a 如果 vmin〈v (k) <vmax,且
[0010]R(k) = (l-a )R(k-l)如果 v (k) <vmin 或 v (k) > Vmax
[0011]其中α為常數(shù)遺忘因子，0< a≤I，且Vmin和Vmax限定目標速度周圍的接受區(qū)域。
[0012]在另一個實施例中,最大軌跡響應于對應路段的法定速度限制被確定。
[0013]在另一個實施例中，最小軌跡響應于沿著路段的交通控制站被確定。
[0014]在另一個實施例中，評估能量消耗模型的步驟在遠程服務器上車輛外被執(zhí)行，且其中車輛與遠程服務器無線通信，以接收最佳速度曲線。
[0015]在另一個實施例中，所述方法進一步包括以下步驟:監(jiān)測能量消耗以利用最佳速度曲線產(chǎn)生由車輛產(chǎn)生的能量使用數(shù)據(jù)；將能量使用數(shù)據(jù)無線地發(fā)送至遠程服務器；并響應于能量使用數(shù)據(jù)改善能量消耗模型。
[0016]在另一個實施例中，所述方法進一步包括駕駛員手動輸入目的地的步驟。
[0017]在另一個實施例中，所述方法進一步包括以下步驟:跟蹤車輛的當前位置；以及將車輛的當前路徑與車輛經(jīng)常穿過的多個存儲路線進行比較以選擇當前路線。
[0018]在另一個實施例中，響應于評估針在第一位置和目的地之間的多個可能路線計算的最佳能量消耗，選擇被整合為路線的路段。
[0019]在另一個實施例中，能量消耗模型進一步響應于選自于交通密度、天氣狀況、路面狀況、高度、變速器換檔計劃以及變矩器操作的組的路線狀況，計算最佳速度曲線。
[0020]在另一個實施例中，最佳速度曲線進一步指明變速器設置。
[0021 ] 在另一個實施例中，最佳速度曲線進一步指明懸掛設置。
[0022]在另一個實施例中，整合該路線包括基于車輛位置歷史、一天內(nèi)的時間以及駕駛狀況確定多個經(jīng)常行駛路線，其中針對該經(jīng)常行駛路線計算多個最佳速度曲線，且其中所述方法進一步包括在相應的一天內(nèi)的時間和駕駛狀況下沿經(jīng)常行駛路線之一檢測車輛行駛并選擇相應的最佳速度曲線以確定目標速度的步驟。
[0023]在另一個實施例中，本文提供了一種方法。該方法包括:將路段整合為車輛路線；根據(jù)道路等級評估在路線上行駛的能量消耗，以計算路線上的各位置的目標速度，其中比較最大軌跡和最小軌跡之間的多個可行速度曲線軌跡的能量消耗；以及啟動車輛的當前位置的目標速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是示出相比變化的道路等級的速度曲線的繪圖，其中速度曲線產(chǎn)生比恒定速度更好的燃料經(jīng)濟性。
[0025]圖2示出用于向駕駛員提供建議的速度曲線信息的人機界面的顯示器。
[0026]圖3是示出本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的框圖。
[0027]圖4是示出包含可行的速度曲線的空間的圖形繪圖。
[0028]圖5是示出用于比較的幾種潛在的速度曲線的圖形繪圖部分。
[0029]圖6是示出用于包括沿路線的預期交通站的速度曲線的上下限的圖形繪圖。
[0030]圖7示出了在本發(fā)明中評估的能量消耗模型和成本函數(shù)。
[0031]圖8是最佳速度曲線的圖形繪圖。
[0032]圖9是示出用于實施本發(fā)明的車載和車外資源的框圖。
[0033]圖10是示出更詳細的最佳化控制器的框圖。
[0034]圖11是示出由駕駛員實施的最佳速度曲線與實際速度以及用于確定駕駛員是否跟隨建議的曲線的接受區(qū)的圖形繪圖。
[0035]圖12是用于當當前曲線被駕駛員拒絕時更新速度曲線的方法的流程圖。
[0036]圖13是示出修訂的速度曲線以提高駕駛員接受率的圖形繪圖。
[0037]圖14是示出本發(fā)明的優(yōu)選方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0038]本發(fā)明是采用基于云的資源以尋找導致提高的現(xiàn)實世界中的燃油經(jīng)濟性的最佳速度曲線的最佳燃料經(jīng)濟通知器。本發(fā)明使用各種類型的可用信息(包括路線數(shù)據(jù)、道路等級、交通以及動態(tài)編程(DP)過程中的車輛信息或任何其它確定的最佳化技術)以尋找最佳化燃油經(jīng)濟性的速度曲線。精確的建議目標速度值通過用于在適應性巡航控制內(nèi)直接實施或通過平視顯示器、觸覺反饋或其他可感知的方法向駕駛員提供建議速度的實施方式被提供。覆蓋至當前目的地的整個路線的速度曲線被同時考慮，從而實現(xiàn)最好的平均燃料經(jīng)濟性。
[0039]圖1示出表示變化的道路等級的曲線10，其在進入陡峭的上坡等級部分12之前具有相對平坦(0%等級)部分11。隨后，等級下降至更緩的下坡坡度，然后最后在部分13上坡。如果其遵循速度曲線14，可以較低的能量消耗(當相比隨后的恒定速度)由車輛穿過道路等級。車輛最初在部分15遵循穩(wěn)定速度。在到達增加的等級部分12之前，當在段16的水平道路等級時速度曲線14增加，使得以更快的速度進入更陡峭道路等級。雖然穿過增加等級的段，但是車輛速度曲線沿段17逐漸降低，從而消耗更少的整體能量以驅動車輛。
[0040]現(xiàn)有系統(tǒng)是已知的，其基于車輛的當前位置檢測未來的道路等級，但其只考慮有限距離或特定的未來的等級特征。因此，已經(jīng)不可能找到最佳的可能減少的能量消耗。通過在整個路程上考慮至目的地的道路等級并且通過包括影響燃料經(jīng)濟性的許多其他參數(shù)，本發(fā)明實現(xiàn)了顯著更好的燃料節(jié)省。
[0041]圖2描繪速度表20，其可包括用于向駕駛員顯示實際車速的模擬量21和/或數(shù)字量22。在本發(fā)明的一些實施例中，建議的目標速度可被顯示給駕駛員，使得駕駛員可手動調(diào)整速度以匹配。經(jīng)濟速度顯示器23通過數(shù)字描述建議的目標速度的幅度?？商娲?，或與數(shù)字顯示器結合，速度調(diào)整顯示器24可被提供用于點亮相應圖標，以指示何時建議增加或降低速度。顯示器23和24可被包括在車輛儀表盤上或可優(yōu)選地利用平視顯示器(HUD)顯示給駕駛員。用于向駕駛員展示目標速度或相對速度變化的人機界面(HMI)還可包括其他觸覺或觸知裝置，例如，如本領域中已知的振動式接觸表面(例如，觸覺加速踏板或方向盤)或動力輔助操作控制。
[0042]用于實施本發(fā)明的一般系統(tǒng)被示于圖3。最佳化器25基于包括道路狀況、路線、限制車速限制以及從HMI設備26的用戶輸入的輸入生成速度曲線。該路線可根據(jù)HMI26、導航單元27和GPS接收器28之間的交互來確定。
[0043]建議的速度曲線被提供至位置跟蹤器30，其確定車輛的當前位置(例如，通過使用GPS接收器28)并確認包含在對應于當前檢測位置的最佳速度曲線中的目標速度。目標速度被提供至用作速度設定點的適應性巡航控制31以實現(xiàn)建議的目標速度，或者被提供至駕駛員顯示器或界面32以協(xié)助駕駛員調(diào)整車輛控制，從而實現(xiàn)目標速度。
[0044]最佳化器25至少部分地位于主車輛(即，是基于云的)外，因為其是提供最佳化器25所用的資源的數(shù)據(jù)庫或信息的各種元素。許多的計算程序是可用的，其可被用以基于使用道路等級數(shù)據(jù)和其他信息的能量消耗模型計算最佳速度曲線。一種優(yōu)選方法如圖4所示，其中網(wǎng)格35表示在沿著從開始至目的地的路線的每個位置的各種潛在的車速。速度和距離的增量具有提供足夠高的分辨率的離散步長，以實現(xiàn)穩(wěn)定的效果和穩(wěn)健最佳化。典型的分辨率可約為針對速度的每小時一英里和針對距離的30米。可行速度的區(qū)域能夠基于最大可允許速度部分36、最大加速部分37和最大減速部分38在網(wǎng)格35內(nèi)被確定。沿部分37、36和38的速度曲線表示盡可能最快的行程，其限定圍繞有限空間的分界線，在其內(nèi)能夠發(fā)現(xiàn)最佳燃油經(jīng)濟性的解決方案。因此，在40處顯示最佳速度曲線，其位于可行軌跡的空間內(nèi)的某處。為了找到該最佳速度曲線，可根據(jù)貝爾曼最優(yōu)性原理使用動態(tài)編程，其評估起始點和結束點之間的每個潛在軌跡，然后將結果進行比較以找到最佳曲線，或者可基于任何其他的確定性最佳化技術。如圖5所示，在必須使用車外計算資源的非常資源密集過程中評價不同的軌跡41、41和43。動態(tài)編程方法被描述,例如在Bertsekas, DynamicProgramming and Optimal Control (動態(tài)編程和優(yōu)化控制)，第三版,Athena Scientific,2005。
[0045]除可根據(jù)法定速度限制和瞬態(tài)道路狀況如下雨(即，法律和實際限制)的最大速度限制約束外，最小速度限制或約束也被采用以確保小于一些固定時間量(以及遵守法定限制)的行車時間。此外，典型的路線可包括在控制交叉口如停車標志和交通燈的被迫停止。速度限制可更普遍地采取如圖6所示的形式。最大速度軌跡45展示第一最大值46，然后是停止47和隨后的最大值48。在另一個停止50后，第三個最大值51具有對應于特定路段的較慢速度限制的較低幅度。由于最佳速度曲線的進一步約束，最小速度軌跡52沿著基于類似因素如法定最小速度、期望運行時間和交通控制裝置的同一路段被提供。
[0046]最大和最小的軌跡45和52限定了包圍有限集的可行速度曲線的邊界，其可由動態(tài)編程或任何其他確定性最佳化技術來檢查以確定最佳速度曲線。其可利用如圖7所示的模型55實現(xiàn)，其在數(shù)學上表示用于根據(jù)速度、道路等級和所選擇的動態(tài)路線和車輛狀況集確定能量消耗的成本函數(shù)。速度約束被提供至模型55以限定用于檢查的可行軌跡?？梢詧?zhí)行成本函數(shù)和最小限度，如Wollaeger等人在“Cloud-Computing Based Velocity ProfileGeneration for Minimum Fuel Consumption (用于最小燃料消耗的基于云計算的速度曲線生成):A Dynamic Programming Based Solution (基于動態(tài)編程的解決方案)”(2012年美國控制會議(American Control Conference, ACC),第 2108-2113 頁，2012 年 6 月)中所說明的，其在此作為參考被結合。例如，含內(nèi)燃發(fā)動機的具體車輛品牌/型號可由將轉矩和速度關聯(lián)至具體的燃料消耗率的計算模型來表示。在這些變量中，評價燃料消耗所考慮的優(yōu)選變量為速度、道路等級、交通密度、天氣條件、道路表面條件(即，平滑和摩擦)、道路緯度(即，空氣壓力)、變速器換檔進度和扭矩轉換器參數(shù)。燃料消耗模型可主要根據(jù)發(fā)動機轉矩相對發(fā)動機速度的映射被計算，其中變速器換檔點發(fā)生在預設發(fā)動機速度處，如通常為校準發(fā)動機控制算法的目的而被發(fā)展。車輛功率需求是基于需要多少功率以推進車輛并克服其它力包括氣動阻力、滾動阻力、轉矩變換器失效、附件載荷和等級變化或其他動態(tài)路線以及經(jīng)常與天氣狀況相關的車輛狀況進行計算。在計算用于可行空間內(nèi)的每個可能速度軌跡的燃料消耗后，選擇最佳速度曲線。速度曲線也可限定沿路線的規(guī)定時間/位置處的各種懸掛設置中用于計劃的變速器換檔和/或變化的時間，從而進一步最佳化能量消耗一假如該模型成本函數(shù)包含這些變量。
[0047]圖8示出了顯示被指出用于特定動態(tài)環(huán)境或車況下的特定路線的最佳速度曲線的圖形。對于沿預定路線的每個位置或時間，繪圖56指明導致利用最佳能量消耗穿過路線的目標速度。
[0048]本發(fā)明系統(tǒng)在車輛60和車外云61之間的一個優(yōu)選分離被示于圖9。車輛60和云61限定了由無線收發(fā)器62 (如，蜂窩，V2I等等)連接的分離域。本發(fā)明的速度曲線發(fā)生器或最佳化器的所有或至少一部分被實施在位于云61中的最佳化服務器63中。包括針對車輛60的相應成本函數(shù)的模型被存儲在連接至最佳化服務器63或在最佳化服務器63內(nèi)存儲的車輛模型數(shù)據(jù)庫64中。通過最佳化服務器63被輸入至各計算模型的變量可從許多源包括車輛60、智能交通系統(tǒng)(ITS)數(shù)據(jù)源65以及地理信息系統(tǒng)(GIS) 66中進行收集。
[0049]車輛域60將動態(tài)信息提供至最佳化服務器63，例如路線起點(如，當前位置)、最終目的地、路線上的可選擇途經(jīng)點以及車輛動態(tài)信息如懸掛部件、傳動系統(tǒng)部件、或其它可影響燃料消耗模型的車輛系統(tǒng)的設定。最佳化控制器70被配置為經(jīng)由無線收發(fā)器62與最佳化服務器63配合。最佳化控制器70被耦合至HIM71和導航系統(tǒng)72，使得駕駛員可指出所期望的目的地。導航系統(tǒng)72用作路線計算器，用于評估不同的潛在路線并基于由駕駛員提供的標準選擇最佳路線(或提供由駕駛員選擇的多個潛在路線)?？刹捎糜糜谶x擇最佳路線的一個標準可以是在不同的各自路線上的總能量消耗，其中如本文所述的確定每個消耗量。
[0050]如果駕駛員沒有指明路線，則能夠通過在車輛運行的當前路徑和之前已經(jīng)存儲在路線數(shù)據(jù)庫73 (其可位于車輛或云中)中的常用驅動路線之間執(zhí)行比較從而替代地自動預測路線。該路線對于車輛60是唯一的并基于駕駛員的之前操作。利用通過最佳化控制器60和無線收發(fā)器62向最佳化服務器63提供的路線及其它信息，最佳速度曲線被計算并發(fā)送返回至用于實施的最佳化控制器。當車輛60沿預定路線前進時，最佳化控制器70利用其與導航系統(tǒng)72 (其可包括GPS接收器和/或航位推算系統(tǒng))的連接確定車輛60的當前位置，以指出對應于當前位置的目標速度。對應的目標速度被提供至包含速度控制系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)控制模塊74或向駕駛員顯示目標速度的HMI71。
[0051]PCM74被耦合至傳動系統(tǒng)部件75 (例如節(jié)氣門)以調(diào)整傳動系統(tǒng)性能，從而實現(xiàn)其中可能的目標速度。PCM74還可被連接至適應性巡航控制(ACC)系統(tǒng)76，以監(jiān)測周圍車輛，如本領域已知的。
[0052]最佳化控制器70進一步與其他車輛系統(tǒng)控制器77交互，例如控制各個其他部件78的變速器或懸架控制器。例如，最佳速度曲線可包括可由控制器77啟動的變速器換檔點或懸掛設置。
[0053]除經(jīng)由HMI71向駕駛員的目標速度的視覺或其它顯示外，觸覺反饋裝置79 (例如方向盤或腳踏式振動單元)可被連接至最佳化控制器70，以向駕駛員指示所需的速度更新(即，增加或減少)以實現(xiàn)目標速度。
[0054]最佳化控制器70被更詳細示于圖10。如本領域中已知的，處理器71可經(jīng)由節(jié)點72被連接至車輛多路復用總線。處理器71以各種存儲的量例如最佳速度曲線73、當前監(jiān)視的車輛位置74、當前實際車速75、報廢率76以及能量消耗日志77操作。如上所述獲得最佳速度曲線73。處理器71利用當前車輛位置74以從曲線73提取相應的目標速度用于經(jīng)由節(jié)點72與其他裝置進行通信。當根據(jù)所需的相對速度變化產(chǎn)生駕駛員指示以目標速度推動車輛時，處理器71利用與目標速度比較的實際車速75，以產(chǎn)生合適的駕駛員指示。
[0055]在未采用車速直接控制且僅呈現(xiàn)給駕駛員目標速度作為建議的實施例中，獲得報廢率76以調(diào)整最佳速度曲線，如下所述。駕駛員可因為許多原因不遵循建議的目標速度，包括存在阻止在目標速度上操作的其他交通或安全相關的狀況，或者僅因為駕駛員對建議感到不舒服。不同類型的駕駛員可不同地察覺最佳速度建議?？捎龅揭庀氩坏降牡缆窢顩r如下雨或冰，其迫使駕駛員減速至低于建議目標。此外，如果駕駛員始終拒絕目標速度，則先前計算的最佳速度曲線可逐漸失去其有效性。此外，期望根據(jù)存在的任何狀況或駕駛風格調(diào)整速度曲線，以更好地促進提高燃油經(jīng)濟性的駕駛速度。因此，本發(fā)明包括連續(xù)評估駕駛員是否遵循建議的速度曲線并利用學習建議速度的駕駛員感知并相對于該建議監(jiān)視其行為的適應性算法相應地調(diào)整速度約束的實施例。
[0056]駕駛員接受或拒絕目標速度建議通過跟蹤其頻率進行量化。接受和拒絕事件是互補的，因此能夠計算接受或拒絕頻率。確定接收的加權頻率的遞歸計算過程(被賦予至更近觀察的較高權重)能通過應用實施指數(shù)平滑的低通恒增益濾波器完成，如下:
[0057]R(k) = (l_a )R(k_l) + a 如果 vmin〈v (k) <vmax,且
[0058]R (k) = (1- α ) R (k-1)如果 v (k)〈 Vmin 或 v (k) > Vmax
[0059]其中α為常數(shù)遺忘因子，0< α ( I，且Vmin和Vmax限定目標速度周圍的接受區(qū)域。遺忘因子α控制更新接受系統(tǒng)建議的事件的加權平均數(shù)R率。
[0060]圖11示出特定路線的最大軌跡81和最小軌跡82之間已經(jīng)計算的建議的最佳速度曲線80。一系列代表實際車速數(shù)據(jù)點的正方形包括車速83，其發(fā)生在當駕駛員遵循目標速度建議時。之后，即使目標速度建議已變得更高，車速84以相同的速度(例如，40mph)保持。除了從建議目標偏離多于接受區(qū)(未示出)之外，84處的車速也低于之前假設的最小速度軌跡82。如果建議的目標的拒絕持續(xù)足夠長時間，期望調(diào)整曲線以進行補償。
[0061]圖12示出在沿路線行駛期間連續(xù)監(jiān)測對建議的目標速度的接受率的方法，接受率R在步驟85中不斷更新(例如，使用上述公式)。在步驟86中將接受率與閾值δ進行比較。如果接受率不降低至閥值S以下，則返回至步驟85，用于根據(jù)未來的數(shù)據(jù)點進行更新。如果接受率低于I則在步驟87利用調(diào)整的速度限制重新計算速度曲線。新的速度約束(最大和最小軌跡)可響應于沿當前路線的車輛的法定速度限制和之前的速度性能兩者進行選擇。
[0062]在沿路線前進期間調(diào)整速度曲線的結果被示于圖13。示出了最大軌跡91和最小軌跡92之間的最佳速度曲線90。雖有建議的目標速度，但在每個樣品檢測中車輛繼續(xù)在40mph的速度下運行。在車速測量93后，接收率降低在閾值以下，從而觸發(fā)最優(yōu)速度曲線的重新計算，進而導致在速度測量93后最大和最小軌跡91和92中的減小(如與圖11相比)。基于重新計算的速度曲線，與建議目標更一致的目標速度被實現(xiàn)開始于速度測量94。鑒于新的約束，針對新狀況的最佳燃料效率現(xiàn)在能夠根據(jù)修改的目標獲得。
[0063]本發(fā)明的方法的另一個實施例被示于圖14。在駕駛員指明目的地和/或一個或更多個途經(jīng)點后，路線必被確定。路線的起點可以是由GPS接收器自動檢測的當前位置或可由駕駛員指明。基于由駕駛員指定的標準例如最短時間或最短距離，評估各種潛在路線并選擇最好地符合駕駛員標準的路線。在當前實施例中，用于穿過路線的總能量消耗也可被用作路線選擇的標準之一。在步驟100中，來自映射數(shù)據(jù)庫的路段被整合成不同的潛在路線且用于每條路線的速度限制或其它速度約束被確定。在步驟101中針對每條路線對速度曲線進行最佳化，以便確定總能量消耗。在步驟102，駕駛員基于所有標準選擇其最滿意的路線。將對應于所選路線的所選速度曲線下載至車輛中，以在穿過路線時被用以定期更新建議速度。一旦駕駛開始，在步驟103中車載最佳化器獲取沿路線的車輛當前位置。在步驟104中，其檢索目標速度并通過將其提供至速度更新器啟動速度。速度更新器可包括用于采用目標速度作為設定速度的巡航控制或可包括用于向駕駛員指示目標速度或為匹配目標速度做出的速度方向和/或幅度的變化的HMI裝置。
[0064]在步驟105中，最佳化控制器更新接受率。同樣當穿過路線時，車輛控制器可處理實際引起的能量消耗(例如，所使用的燃料)并將其存儲在日志中。消耗數(shù)據(jù)能被周期性地傳輸返回至車外車輛模型和最佳化服務器，從而比較實際的能量消耗與由模型生成的預測的能量消耗。實際和預測的能量消耗量之間的差異能夠被用于迭代地改善模型的成本函數(shù)。
[0065]在步驟107中，進行檢查以確定是否所穿過的路線或任何道路狀況例如交通或惡劣天氣已改變，其將影響最佳速度曲線的有效性。如果不是，則返回至步驟103，繼續(xù)根據(jù)速度曲線更新目標速度。如果狀況已改變，則返回至車外計算資源，以基于變化的狀況計算新的最佳速度曲線。雖然示出了返回至步驟100，但重新計算可只需要將小調(diào)整考慮至現(xiàn)有路線或將其他輸入變量考慮至模型成本函數(shù)，其中模型成本函數(shù)在沒有重新啟動完整路線計算下已被改變。在任何情況下，由于預期交通的變化，駕駛員對目標速度的服從損耗或其他因素，當穿過路線時速度曲線可被周期性更新，以便在避免過度的通信或計算負載的同時獲得最好的整體燃油經(jīng)濟性。
[0066]本發(fā)明包括不要求在沿整個路線的行駛期間的車輛連接，僅在具體地點例如家里或工作場所的替代實施例。在該實施例中，頻繁行駛路線通過存儲當運行時GPS位置的歷史和對應的時刻以及當車輛在其具有連接的位置時將該歷史上傳至云被確定。因此系統(tǒng)的基于云的部件結合映射數(shù)據(jù)庫利用該信息檢測頻繁行駛路線并建立通常路線和其對應的一天中的時間的數(shù)據(jù)庫。然后，其利用發(fā)生在路線上的可變駕駛狀態(tài)(例如，平均交通流、天氣等等)的地理信息和已知的歷史信息計算每個路線和一天中的時間的最佳速度曲線。能夠實施多個計算以便提供用于時間變化參數(shù)例如用于不同的天氣狀態(tài)或交通密度的不同值的分離的最佳速度曲線。當車輛處于具有連接的位置時，從云下載最佳速度曲線并將其存儲在車輛上。在行駛過程中，最佳化器監(jiān)控車輛位置，以檢測其中一個頻繁路線是否正在被駕駛。當發(fā)現(xiàn)存儲的路線時，車輛下載相應的最優(yōu)速度曲線并開始告知駕駛員最佳速度。如果檢測的路線具有基于時變狀況的多于一個的存儲曲線，則檢測狀況的當前狀態(tài)并選擇相應的曲線。
[0067]上述發(fā)明利用了聯(lián)網(wǎng)的面向服務的計算平臺中的優(yōu)勢，其具有允許的大型數(shù)據(jù)庫、監(jiān)督的學習算法、車輛傳動系統(tǒng)模型、高維最佳化和當前需要固定計算平臺的許多其他重要算法。當今的車輛計算機將功能限制至車輛計算機的相對低的處理能力、小數(shù)據(jù)存儲以及缺乏自創(chuàng)建車輛時所創(chuàng)建的數(shù)據(jù)的訪問。有限的資源共享降低了大量車輛的可量測性。車輛和計算云基礎設施之間的移動連接的優(yōu)勢開始能提供不局限于該方式的新級別的電子功能。
[0068]可用于車載連接的無線連接的特征通常在于可變的帶寬、可變延遲以及分散連接。車輛內(nèi)計算機或ECU的特征在于高可靠性、高耐用性、硬實時響應、低處理能力以及非常小的存儲器(特別地，非易失性存儲器XECU是移動的，其維持車輛的使用壽命，并且是車輛購置的一部分。ECU所創(chuàng)建的數(shù)據(jù)傾向于在非常短的時標上過去所發(fā)生的事件。云計算機的特征在于高可靠性、高計算能力、大存儲器以及(從車輛的角度)缺乏實時響應。其是固定的、被管理的頻繁更換并在租賃、自有，或有償使用基礎上操作的系統(tǒng)。云中所創(chuàng)建的數(shù)據(jù)傾向于具有預測性質(zhì)，其能夠告知某些時刻至將來可預期的，而不是在過去已經(jīng)發(fā)生的。
[0069]本發(fā)明基于當前和過去的車輛狀況、車輛位置、方位和在一天內(nèi)的時間、道路網(wǎng)絡信息、交通信息、地形信息、環(huán)境驅動狀況以及車輛與云之間的連接的可用性、帶寬和延遲，確定用于燃料有效行使的最佳速度。此外，其能夠針對可能的預期駕駛狀態(tài)預先準備動力傳動系統(tǒng)。駕駛員界面(例如感性駕駛員輔助系統(tǒng)或觸覺踏板)向駕駛員提供用于呈現(xiàn)最佳驅動速度信息的良好機制。其能在不使駕駛員把視線從道路移開的情況下提供信息并以激發(fā)駕駛員降低燃料消耗的方式提供信息。該實施可擴展至國家駕駛隊中的所有車輛。
[0070]傳動系統(tǒng)的最佳標準和最佳驅動速度高度依賴于車輛運行的具體駕駛狀態(tài)。這些條件包括道路類型、坡度、交通控制、交通以及天氣和駕駛員特性。因此，在圣安東尼奧、德克薩斯州和丹佛、科羅拉多州中的最佳標準和行駛速度可以非常不同，因為相比丹佛的5280英尺，圣安東尼奧是在650英尺的高度且因為其具有非常不同的氣候。使當今的車輛標準失調(diào)以使傳動系統(tǒng)性能在利用當今車輛計算機的低內(nèi)存、低功耗和實時效率的寬范圍的狀態(tài)下是可接受的。在本發(fā)明中，沿路線在每個點的車輛的最佳驅動速度能夠根據(jù)云中的數(shù)據(jù)庫以及其路線上車輛的最佳標準映射計算或檢索。當連接可用時，將最佳驅動速度曲線和動力傳動系統(tǒng)標準映射下載至車輛，且然后由車輛上的計算機所用。由于車輛計算機小且每次僅能存儲少許路線，基于有關駕駛員路線的歷史信息和/或基于由駕駛員提供的出發(fā)地和目的地信息選擇具體路線。例如，由GPS確定的車輛位置和速度被用于確定車輛在哪個路線上以及車輛位于路線何處。這能夠通過利用將路線表示作為通過道路系統(tǒng)的參數(shù)化曲線來實現(xiàn)。給定GPS位置，確定在曲線上指示的點的參數(shù)值表示是可能的。該參數(shù)被映射至由用于特定路線的云應用提供的適當速度和標準映射。云應用能夠收集來自與GPS位置時間一致的車輛計算機的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)包括車速、燃料消耗、道路等級、駕駛風格以及各種道路狀況-并被用于計算未來車速和傳動系統(tǒng)標準映射。云應用還從云信息提供者(例如天氣預報員、映射提供者以及交通信息提供者)收集數(shù)據(jù)以建立其車速和標準映射。
【權利要求】
1.一種用于最佳化車輛能量消耗的系統(tǒng)，包括: 用于將路段整合至從第一位置至目的地的路線的路線計算器； 速度曲線發(fā)生器，其至少部分地位于所述車輛外并利用所述車輛的能量消耗模型以及對應于所述路線的道路等級數(shù)據(jù)來計算最佳速度曲線，其指明所述路線上各位置的目標速度以利用最佳能量消耗穿過所述路線，其中所述速度曲線發(fā)生器比較最大軌跡和最小軌跡之間的多個可行速度曲線軌跡的能量消耗，從而確定所述最佳速度曲線；且 速度更新器，其響應于所述車輛的當前位置和所述最佳速度曲線以啟動所述當前位置的所述目標速度。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中當穿過所述路線時，所述速度曲線發(fā)生器周期性地更新所述最佳速度曲線。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述速度更新器包括將所述當前位置的所述目標速度用作速度設定點的適應性巡航控制系統(tǒng)。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述速度更新器包括用于向駕駛員指示所述目標速度或為獲得所述目標速度所做出的速度變化的HMI裝置。
5.根據(jù)權利 要求4所述的系統(tǒng)，其中所述HMI裝置是顯示所述目標速度的數(shù)值的圖形顯示器。
6.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述HMI裝置是具有用于指示是否需要速度增加或速度降低以獲得所述目標速度的視覺特征的圖形顯示器。
7.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，進一步包括: 用于確定由所述駕駛員對所述目標速度的接受率的監(jiān)視器； 其中，如果所述確定的接受率低于閾值，則所述速度曲線發(fā)生器利用被選定以提高所述接受率的修改的最大和最小軌跡重新計算所述最佳速度曲線。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其中根據(jù)公式依次確定用于每個依次目標速度k的所述接受率R (k):
R(k) = (l_a )R(k-l) + a 如果 vmin〈v (k)〈V—,且
R (k) = (1- a ) R (k-1)如果 v (k) <vmin 或 v (k) > Vmax 其中α為常數(shù)遺忘因子，0< α < 1，且Vmin和Vmax限定所述目標速度周圍的接受區(qū)域。
9.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述速度曲線發(fā)生器響應于對應所述路段的法定速度限制確定所述最大軌跡。
10.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述速度曲線發(fā)生器響應于沿所述路段的交通控制站確定所述最小軌跡。
11.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括用于與遠程服務器通信的所述車輛內(nèi)的無線數(shù)據(jù)收發(fā)器，其中所述遠程服務器包括所述速度曲線發(fā)生器的至少一部分。
12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，進一步包括產(chǎn)生由所述最佳速度曲線導致的生成能量使用數(shù)據(jù)的能量消耗監(jiān)視器，其中所述能量使用數(shù)據(jù)由所述無線數(shù)據(jù)收發(fā)器發(fā)送至所述遠程服務器，以便所述速度曲線發(fā)生器改善所述能量消耗模型。
13.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述路線計算器包括由所述駕駛員使用以確定所述目的地的輸入裝置。
14.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述路線計算器包括: 用于監(jiān)視所述車輛的所述當前位置的位置跟蹤裝置；以及 存儲由所述車輛經(jīng)常穿過的路線并將所述車輛的當前路徑與所存儲的路線比較以選擇所述當前路線的識別單元。
15.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述路線計算器響應于評估所述第一位置和所述目的地之間的多個可能的路線所計算的最佳能量消耗，將所述路段整合至所述路線。
16.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述能量消耗模型進一步響應于從交通密度、天氣狀況、路面狀況、緯度、變速器換檔計劃以及變矩器操作的組中選擇的路線狀況，計算所述最佳速度曲線。
17.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述最佳速度曲線進一步指明變速器設置。
18.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述最佳速度曲線進一步指明懸掛設置。
19.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述路線計算器基于車輛位置歷史、一天內(nèi)的時間以及駕駛狀況確定多個經(jīng)常行駛路線，其中所述速度曲線發(fā)生器針對所述經(jīng)常行駛路線計算各自最佳速度曲線，其中所述最佳速度曲線被下載至所述車輛，且其中所述速度更新器響應于檢測在相應的一天內(nèi)的時間和駕駛狀況下沿所述經(jīng)常行駛路線之一所述車輛的行駛，使用所述下載的最佳速度曲線之一。
20.一種用于最佳 化車輛的能量消耗的方法，包括: 將路段整合至從第一位置至目的地的路線； 評估所述車輛的能量消耗模型以及對應于所述路線的道路等級數(shù)據(jù)，以計算最佳速度曲線，所述最佳速度曲線指明所述路線上的各位置的目標速度，以利用最佳能量消耗穿過所述路線，其中能量消耗針對最大軌跡和最小軌跡之間的多個可行速度曲線軌跡被比較，從而確定所述最佳速度曲線；以及 響應于所述車輛的當前位置和所述最佳速度曲線，啟動目標速度。
21.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中當穿過所述路線時，所述最佳速度曲線被周期性更新。
22.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中所述啟動步驟包括在適應性巡航控制中采用所述目標速度作為設定點速度。
23.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中所述啟動步驟包括在HMI裝置上向駕駛員指示所述目標速度或為獲得所述目標速度所要做出的速度變化。
24.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中所述啟動步驟包括顯示所述目標速度的數(shù)值。
25.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中所述啟動步驟包括顯示用于指示是否需要速度增加或速度降低以獲得所述目標速度的視覺特征。
【文檔編號】G01C21/26GK104044593SQ201410091530
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權日:2013年3月13日
【發(fā)明者】D·P·菲萊夫, J·O·米凱利尼, S·J·斯沃波博斯基, P·R·麥克尼爾, S·D·馬里亞諾 申請人:福特環(huán)球技術公司