在混合動力電動車輛中使用自適應(yīng)巡航的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┮环N在混合動力電動車輛中使用自適應(yīng)巡航的系統(tǒng)和方法。一種用于控制車輛的方法包括：響應(yīng)于在交通信號處的預(yù)期的停止和自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)激活，自動控制車輛制動器以使車輛以制動減速率減速。該方法進一步包括：響應(yīng)于車輛減速至中間速度，釋放車輛制動器。中間速度確定為使得在中間速度時離完全停止的滑行距離約等于離交通信號的距離。
【專利說明】
在混合動力電動車輛中使用自適應(yīng)巡航的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請涉及用于控制配備有再生制動的車輛中的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自適應(yīng)巡航控制(AdaptiveCruise Control，ACC)系統(tǒng)使用車載傳感器(通常為雷達(RADAR)或激光雷達(LIDAR))來檢測主車輛與主車輛前面的車輛(領(lǐng)先車輛)之間的距離和車輛之間的相對速度差。然后系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)主車輛的速度以使主車輛保持在領(lǐng)先車輛之后的預(yù)設(shè)距離，甚至在大多數(shù)霧和雨的情況下。典型地，主車輛駕駛員可設(shè)置期望的/最小的跟隨距離和/或車輛之間待保持的時間間隔。ACC在主車輛的動力傳動系統(tǒng)和/或制動系統(tǒng)中產(chǎn)生自動干預(yù)以使主車輛根據(jù)需要變慢以保持所選擇的最小的跟隨距離。一些ACC系統(tǒng)還配置為:響應(yīng)于檢測的交通信號(比如交通信號燈或停止標志)，在主車輛的動力傳動系統(tǒng)和/或制動系統(tǒng)中產(chǎn)生自動干預(yù)以使主車輛變慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本申請的用于控制車輛的方法包括:自動控制車輛制動器以使所述車輛以制動減速率減速。所述自動控制響應(yīng)于交通信號處的預(yù)期的停止和自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)激活(active)。該方法進一步包括:響應(yīng)于車輛減速至中間速度，釋放所述車輛制動器。所述中間速度確定為在所述中間速度時離完全停止的滑行距離約等于離所述交通信號的距離。
[0004]在一些實施例中，所述制動減速率為計算的舒適減速率極限、計算的可允許減速率極限和與再生制動極限相關(guān)聯(lián)的再生制動減速率中的最小的一個。一些實施例進一步包括:響應(yīng)于所述交通信號為交通信號燈并且當自動控制所述車輛制動器時所述交通信號燈變綠，釋放所述車輛制動器。
[0005]在一些實施例中，在所述中間速度時離完全停止的所述滑行距離等于離所述交通信號的所述距離與可校準距離閾值的和。
[0006]根據(jù)本申請的車輛包括牽引車輪、再生制動系統(tǒng)和控制器。所述控制器配置為:響應(yīng)于預(yù)期的停止，控制所述再生制動系統(tǒng)以使所述車輪以第一減速率減速。ACC系統(tǒng)進一步配置為:響應(yīng)于所述車輪減速至中間速度，控制再生制動系統(tǒng)以使所述車輪以第二減速率減速。所述第二減速率小于所述第一減速率。所述第一減速率可以為計算的舒適減速率極限、計算的可允許減速率極限和與再生制動系統(tǒng)的極限相關(guān)聯(lián)的再生制動減速率中的最小的一個。所述第二減速率可以為滑行減速率?？身憫?yīng)于檢測的交通信號來檢測所述預(yù)期的停止。在一些實施例中，所述ACC系統(tǒng)進一步配置為:響應(yīng)于所述交通信號為交通信號燈并且當所述控制器控制所述再生制動系統(tǒng)以使所述車輪減速時所述交通信號燈變綠，停用所述再生制動系統(tǒng)。
[0007]根據(jù)本申請的控制車輛的方法包括:響應(yīng)于在交通信號處的預(yù)期的停止和自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)激活，自動控制再生制動器以使車輛從初始速度以制動減速率減速。所述方法進一步包括:響應(yīng)于當前車速時的滑行距離約等于離所述交通信號的距離，控制所述再生制動器以使所述車輛以滑行減速率減速。所述制動減速率的大小可大于所述滑行減速率的大小。
[0008]在一些實施例中，所述制動減速率為計算的舒適減速率極限、計算的可允許減速率極限和與所述再生制動器的極限相關(guān)聯(lián)的再生制動減速率中的最小的一個。
[0009]在一些實施例中，所述方法進一步包括:響應(yīng)于所述交通信號為交通信號燈并且當自動控制所述再生制動器時所述交通信號燈變綠，自動停用所述再生制動器。
[0010]根據(jù)本申請的實施例提供了多個優(yōu)點。例如，根據(jù)本申請的實施例減少了減速事件期間在較高車速時花費的時間，因此減少了氣動阻力損失。此外，根據(jù)本申請的實施例增加了主車輛將不會在紅燈處完全停止的可能性，因此減少了使車輛再次加速至巡航速度的能量消耗。
[0011]本申請的上述優(yōu)點和其它優(yōu)點和特點將從下面結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例的詳細描述中變得明顯。
【附圖說明】
[0012]圖1為根據(jù)本申請的車輛的示意性表示；
[0013]圖2A示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的車輛加速和制動事件；
[0014]圖2B示出了根據(jù)本申請的示例性車輛加速和制動事件;和
[0015]圖3以流程圖形式示出了根據(jù)本申請的控制車輛的方法。
【具體實施方式】
[0016]根據(jù)需要，本說明書中描述了本發(fā)明的詳細實施例;然而，應(yīng)當理解，公開的實施例僅僅為可采取各種和可替代的形式實施的本發(fā)明的示例。附圖不需要按比例繪制；一些特征可被放大或縮小以顯示特定部件的細節(jié)。因此，本說明書中公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應(yīng)被認為是限制，但僅僅認為是用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式利用這些實施例的代表性基礎(chǔ)。
[0017]自適應(yīng)巡航控制(ACC)是指用于自動控制主車輛的控制方法，該控制方法包括保持期望的速度和與行車道中的前方車輛的可允許距離。配備有ACC的主車輛配置為與位于主車輛前面的目標車輛至少保持預(yù)定距離。ACC系統(tǒng)通常包括至少一個傳感器，比如RADAR、LIDAR、超聲波或其它傳感器或其組合。ACC系統(tǒng)配置為根據(jù)ACC算法直接或間接控制油門和制動系統(tǒng)以控制主車輛加速和減速。
[0018]—些配備有ACC系統(tǒng)的車輛還可包括配備用于再生制動的動力傳動系統(tǒng)。再生制動是指回收和存儲車輛動能以供車輛隨后使用。再生制動系統(tǒng)通常包括配置為將制動扭矩應(yīng)用至車輛牽引車輪和產(chǎn)生電力的電機或馬達/發(fā)電機。其它系統(tǒng)可包括蓄電池、飛輪或用于存儲能量以供隨后使用的其它機構(gòu)。
[0019]現(xiàn)在參考圖1，以示意圖的形式示出了根據(jù)本申請的主車輛10。主車輛10包括配置為向牽引車輪14傳遞動力的混合動力動力傳動系統(tǒng)12?；旌蟿恿恿鲃酉到y(tǒng)12包括分別配置為向車輛牽引車輪傳遞動力的內(nèi)燃發(fā)動機16和至少一個電機18。電機18電連接至電池20。在多個實施例中，動力傳動系統(tǒng)12可設(shè)置為串聯(lián)、并聯(lián)或串聯(lián)-并聯(lián)動力傳動系統(tǒng)。
[0020]電機18還配置為向牽引車輪14提供再生制動扭矩，其中來自牽引車輪14的旋轉(zhuǎn)能被轉(zhuǎn)化為電能?？蓪㈦姍C18產(chǎn)生的電能存儲在電池20中以供主車輛1隨后使用。
[0021]主車輛10另外包括車輪制動器22，其可被稱為摩擦制動器，配置為向牽引車輪14提供摩擦制動扭矩。
[0022]電機18、發(fā)動機16和車輪制動器22均與至少一個控制器24通信或由至少一個控制器24控制。盡管示出為單個控制器，但是控制器24可為較大的控制系統(tǒng)的一部分和/或可由主車輛10中的多個其它控制器控制。在一個實施例中，控制器24為由車輛系統(tǒng)控制器(VSC)控制的動力傳動系統(tǒng)控制單元(PCU)?？刂破?4和一個或多個其它控制器可被統(tǒng)稱為“控制器”?？刂破?4可包括與各種類型的計算機可讀存儲裝置或介質(zhì)通信的微處理器或中央處理單元(CPU)。計算機可讀存儲裝置或介質(zhì)可包括例如只讀存儲器(R0M)、隨機存取存儲器(RAM)和?；畲鎯ζ?KAM)中的易失性存儲器和非易失性存儲器。KAM為當CPU掉電時可用于存儲各種運轉(zhuǎn)變量的持久或非易失性存儲器。計算機可讀存儲裝置或介質(zhì)可采用多個已知存儲裝置(比如PROM(可編程只讀存儲器)、EPR0M(電可編程只讀存儲器)、EEPR0M(電可擦除可編程只讀存儲器)、閃速存儲器或能夠存儲數(shù)據(jù)(這些數(shù)據(jù)中的一些代表控制發(fā)動機或車輛的過程中由控制器所使用的可執(zhí)行指令)的任何其它的電、磁、光學(xué)或其組合的存儲裝置)中的任一種來實現(xiàn)。
[0023]主車輛10另外包括加速器踏板26和制動器踏板28。響應(yīng)于駕駛員驅(qū)動加速器踏板26，控制器24配置為協(xié)調(diào)電機18和發(fā)動機16以向牽引車輪14提供動力。響應(yīng)于駕駛員驅(qū)動制動器踏板28，控制器24配置為控制電機18和/或車輪制動器22以向牽引車輪14提供制動扭矩。
[0024]再生制動系統(tǒng)通常具有動力傳動系統(tǒng)制動功率極限和動力傳動系統(tǒng)制動扭矩極限。一般而言，功率極限為電池極限(比如最大電池充電率)的函數(shù)，而扭矩極限是馬達扭矩極限的函數(shù)。動力傳動系統(tǒng)制動扭矩極限和制動功率極限分別是指在當前工況下該系統(tǒng)能夠應(yīng)用至牽引車輪的制動扭矩以及功率的最大量。在包括用作發(fā)電機的電機的典型的再生制動系統(tǒng)中，再生制動扭矩極限以及功率極限通常基于馬達扭矩容量、電池能量傳遞極限(例如電池荷電狀態(tài))、(在具有階梯傳動比變速器的實施例中)當前擋位和其它動力傳動系統(tǒng)極限。應(yīng)注意，在給定車速時，可用再生制動功率極限除以當前車輪速度以獲得再生制動扭矩極限。
[0025]響應(yīng)于不超過再生制動扭矩極限的制動請求，控制器24配置為控制電機18提供再生制動扭矩以滿足制動請求。響應(yīng)于超過再生制動扭矩極限的制動請求，控制器24配置為控制電機18和車輪制動器22以滿足制動請求。
[0026]主車輛10進一步包括至少一個傳感器30。傳感器30可包括RADAR、LIDAR、超聲波傳感器、光學(xué)相機或其它傳感器或其組合。傳感器30配置為檢測主車輛10前面的目標。特別地，傳感器30適于檢測前方的并且在與主車輛10相同的行車道中的車輛。
[0027]控制器24配置為響應(yīng)于通過傳感器30檢測到前方車輛而根據(jù)ACC算法控制主車輛加速和制動。其可包括協(xié)調(diào)發(fā)動機16和/或電機18以滿足ACC加速請求。其可另外包括協(xié)調(diào)發(fā)動機16、電機18和/或車輪制動器22以滿足ACC減速請求。一般而言，ACC算法配置為基于檢測的與前方車輛的距離和前方車輛的速度自動調(diào)節(jié)主車輛10的速度以保持在檢測的前方車輛之后預(yù)設(shè)距離。在一些變型中，主車輛駕駛員可設(shè)置期望的/最小的跟隨距離和/或車輛之間待保持的時間間隔。
[0028]類似地，ACC算法可配置為響應(yīng)于檢測到交通信號(比如停止標志或停止燈)來自動調(diào)節(jié)主車輛的速度。該算法可配置為響應(yīng)于檢測的交通信號使主車輛自動減速，使得主車輛實現(xiàn)在交通信號處完全停止。
[0029]現(xiàn)在參考圖2A，示出了根據(jù)已知的ACC系統(tǒng)的示例性制動和加速事件。如40處示出的，主車輛以初始速度移動。在該示意性示例中，初始速度是總體上恒定的(即加速度約為零)。在時間to時，檢測到交通信號。在該示例中，交通信號為交通信號燈。如42處示出的，應(yīng)用車輛制動器以使主車輛以總體上恒定的速率減速。如44處示出的，主車輛完全停止。在時間^時，交通信號燈變綠，并且如46處示出的，主車輛加速遠離完全停止。
[0030]雖然該已知的ACC算法可使主車輛在交通信號處停止而沒有駕駛員干預(yù)，但是恒定的車輛減速可導(dǎo)致次優(yōu)的燃料效率。因為氣動阻力隨著速率的平方而改變，所以高車速時花費的時間導(dǎo)致?lián)p失給風(fēng)阻力的能量增加。雖然所有車輛都經(jīng)歷該損失，但是由于通過再生制動可回收的潛在能量的減少導(dǎo)致該損失在混合動力車輛中可能是特別顯著的。
[0031]如果主車輛太快到達交通信號燈處，那么也可能不利地影響燃料效率。如果車輛在交通信號處幾乎停止或完全停止而不是移動通過十字路口，那么必須使用額外的能量以使車輛在停止后再次加速。此外，在低速度時，由于在很低轉(zhuǎn)速時固有的馬達低效，導(dǎo)致再生制動可能消耗比回收的能量更多的能量。因此，在閾值速度之下，可減少再生制動并且增加摩擦制動。作為示例，該閾值速度可為約每小時10英里。因此，如果可能的話，需要避免使車輛減速至閾值速度之下以使回收的動能最大化。
[0032]現(xiàn)在參考圖2B，示出了根據(jù)本申請的示例性制動和加速事件。如50處示出的，主車輛以初始速度移動。在該示意性示例中，初始速度是總體上恒定的(即加速度約為零)。在時間to時，檢測到交通信號。在該示例中，與在圖2A中一樣，交通信號為交通信號燈。響應(yīng)于檢測到交通信號，預(yù)期到停止。響應(yīng)于預(yù)期到停止，如52處示出的，ACC系統(tǒng)開始使主車輛以與現(xiàn)有技術(shù)相比較高的速率減速。如下文將更詳細地說明的，初始減速率為基于再生制動極限、路況和乘員舒適性確定的優(yōu)化的減速率。也如下文將進一步詳細地說明的，保持初始減速直到當前車速時的滑行距離總體上等于離交通信號的距離為止。初始減速之后，如54處示出的，ACC系統(tǒng)允許主車輛朝著交通信號滑行。在時間^時，當交通信號燈變綠時，如56處示出的，主車輛仍然朝著交通信號燈滑行。然后，如58處示出的，主車輛加速離開。
[0033]現(xiàn)在參考圖3，以流程圖形式示出了用于控制車輛制動和加速的ACC算法。算法始于框60。如框62處示出的，ACC系統(tǒng)激活。然后，如操作64處示出的，做出是否指示了潛在的停止的確定?？衫缁跈z測到交通信號(比如停止信號燈或停止標志)來指示潛在的停止。還可基于檢測到路障(比如停止的車輛或道路雜物)來指示潛在的停止?？衫缡褂霉鈱W(xué)檢測交通信號或路障來執(zhí)行該檢測。此外，一些“智能”交通信號配置為廣播交通信號狀態(tài)，比如交通信號燈正時信息。因此還可基于接收到來自智能交通信號的信號狀態(tài)信息來執(zhí)行是否指示潛在的停止的確定。
[0034]如果沒有指示潛在的停止，則如框66處示出的，根據(jù)默認的ACC算法控制主車輛。其可包括自動調(diào)節(jié)主車輛的速度以使主車輛保持在前方車輛(如果存在)之后的預(yù)設(shè)距離。然后控制返回到操作64。
[0035]如果指示了潛在的停止，則如操作68處示出的，做出是否預(yù)期在潛在的停止處停止的確定。作為示例，通?？身憫?yīng)于潛在的停止為路障、停止標志或紅色的交通信號燈來預(yù)期停止。作為另一示例，不會響應(yīng)于潛在的停止為綠色的交通信號燈或智能交通信號燈(當傳遞的正時信息指示交通信號燈將在主車輛到達十字路口之前變綠時)來預(yù)期停止。
[0036]如果沒有預(yù)期到停止，則如框66處示出的，根據(jù)默認的ACC算法控制主車輛。然后控制返回到操作64。
[0037]如果預(yù)期到停止，則如框70處示出的，為當前車速計算滑行停止距離Dcciast Acciast對應(yīng)于車輛在完全停止之前將滑行的距離，并且可基于多個因素，包括但不限于當前道路坡度下的減速率、主車輛質(zhì)量和當前車速。如果主車輛配置為當既不應(yīng)用制動器踏板也不應(yīng)用加速器踏板時應(yīng)用一定量的“升高踏板”再生制動扭矩，則D_st還可基于升高踏板再生制動扭矩的量。
[0038]如框72處示出的，還確定和存儲離預(yù)期的停止的距離Dstcip?？衫缁趤碜陨衔年P(guān)于圖1所說明的RADAR、LIDAR或其它適當?shù)膫鞲衅鞯淖x取信息來執(zhí)行該操作。
[0039]然后，如框74處示出的，做出Dcciast是否超過Dstcip與可校準距離閾值Dthreshoid的和的確定。換言之，做出車輛完全停止之前的滑行距離是否大于離預(yù)期的停止的距離與額外的距離閾值的和的確定?？尚示嚯x閾值DthreshClld優(yōu)選為小的非零值，使得如果允許滑行到預(yù)期的停止，那么當接近停止時車輛將具有小的非零的車速。
[0040]如果是，那么如框76處示出的，ACC算法控制主車輛再生制動系統(tǒng)以使主車輛以優(yōu)化的減速率減速。優(yōu)化的減速率優(yōu)選高于已知系統(tǒng)中實現(xiàn)的恒定速率。在一個實施例中，如框78處示出的，將優(yōu)化的減速率選擇為舒適的減速率極限、基于路況的可允許減速率極限和與再生制動極限相關(guān)聯(lián)的再生制動減速率中的最小值。因此，優(yōu)化的減速率使駕駛員舒適性、車輛穩(wěn)定性和再生制動極限平衡。
[0041]在一個實施例中，舒適的減速率極限為基于駕駛員舒適性而選擇的常數(shù)。在其它實施例中，根據(jù)當前車速從查找表獲得舒適的減速率。
[0042]在一些實施例中，從牽引控制系統(tǒng)控制器獲得可允許減速率極限。可允許減速率極限可以為最大可允許制動速率和車輛轉(zhuǎn)動力的函數(shù)。
[0043]再生制動極限可基于當前車輛工況。在一些實施例中，再生制動極限為當前的電池荷電狀態(tài)和動力傳動系統(tǒng)制動極限的函數(shù)。
[0044]然后算法返回到操作64。因此，只要預(yù)期到停止，便使主車輛以優(yōu)化的速率減速，直到滑行距離減少至小于或等于離預(yù)期的停止的距離Dstcip與可校準距離閾值Dthreshcilt^a和。
[0045]如果沒有，表示滑行距離小于或等于Dstop與Dthreshcld的和，則如框80處示出的，ACC算法控制主車輛制動器以允許車輛滑行。然后算法返回到操作64。因此，系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)控是否預(yù)期到停止。如果不再預(yù)期到停止，例如交通信號燈變綠，則滑行停止并且根據(jù)默認的ACC算法控制主車輛。
[0046]當然，上述算法的變型是可能的。作為示例，也可在沒有配備再生制動的車輛中實施根據(jù)本申請的實施例。由于在預(yù)期的停止之前在高速時花費的時間減少，因此該車輛還可見到燃料經(jīng)濟性收益。作為另一示例，可與完全自動的車輛中的控制器結(jié)合(而不是與設(shè)有ACC算法的傳統(tǒng)驅(qū)動的車輛結(jié)合)地實施根據(jù)本申請的實施例。
[0047]從多個實施例可以看出，本發(fā)明提供了用于自動控制車輛制動器以減少減速事件期間在較高車速時花費的時間而因此減少氣動阻力損失的系統(tǒng)和方法。此外，根據(jù)本申請的實施例增加了主車輛將不會在紅燈處完全停止的可能性，因此減少了使車輛再次加速至巡航速度的能量消耗。此外，根據(jù)本申請的系統(tǒng)和方法可減少在再生制動不可用的范圍內(nèi)的車速下花費的時間。
[0048]雖然上文描述了示例性實施例，但是并不意味著這些實施例描述了本發(fā)明的所有可能的形式。反而，說明書中使用的詞語為描述性詞語而非限制性詞語，并且應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可作出各種改變。此外，可組合多個實施例的特征以形成本發(fā)明的進一步的實施例。
【主權(quán)項】
1.一種車輛，包括: 牽引車輪； 再生制動系統(tǒng);和 控制器，所述控制器配置為:響應(yīng)于預(yù)期的停止，控制所述再生制動系統(tǒng)以使所述車輪以第一減速率減速;和響應(yīng)于所述車輪以所述第一減速率減速至中間速度，控制所述再生制動系統(tǒng)以使所述車輪以小于所述第一減速率的第二減速率減速。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，在所述中間速度時，離完全停止的滑行距離等于或小于離所述預(yù)期的停止的距離與可校準的距離閾值的和。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述第一減速率為計算的舒適減速率極限、計算的可允許減速率極限和與再生制動系統(tǒng)的極限相關(guān)聯(lián)的再生制動減速率中的最小的一個。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述第二減速率為滑行減速率。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述預(yù)期的停止基于檢測的交通信號。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛，其中，所述控制器進一步配置為:響應(yīng)于所述檢測的交通信號為交通信號燈并且當所述控制器控制所述再生制動系統(tǒng)以使所述車輪減速時所述交通信號燈變綠，停用所述再生制動系統(tǒng)。
【文檔編號】B60W40/105GK105936278SQ201610125387
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月7日
【發(fā)明人】肯尼思·詹姆士·米勒, 道格拉斯·雷蒙德·馬丁, 威廉·保羅·伯金斯
【申請人】福特全球技術(shù)公司