用于自主车辆制动中的能量优化的系统和方法

摘要

自主操作车辆操作系统。在车辆的即将来临的路线中的瞬间操作从车辆路线数据和车辆状态数据与机制第一操作系统的阈值的比较来确定。第一和第二操作系统的操作参数根据比较进行选择。将选择的操作参数应用到第一和第二操作系统之一的操作。

说明书

背景技术

车辆，例如汽车，可以配置用于自主驾驶操作。例如，车辆可以包括中央控制单元或诸如此类——即，具有处理器和存储器的计算设备——其接收来自各种车辆数据采集装置(如传感器)和一般外部数据来源(如导航信息)的数据。然后，中央控制单元可以提供指令至各种车辆部件——如驱动器或诸如此类——其控制转向、制动、加速等，以在没有或较少的人操作员行为的情况下控制车辆操作。提供一种动态选择操作指令以在瞬间操作期间(如制动和加速)优化车辆的能量效率的自主车辆是合意的但当前是困难的。

发明内容

根据本发明，提供一种系统，其包含车辆中的计算机，计算机包含处理器和存储器，其中计算机配置用于：

将车辆路线数据和车辆状态数据与车辆的第一操作系统的阈值进行比较；

根据比较来确定车辆的瞬间操作；

根据比较，为第一操作系统和第二操作系统中的至少一个选择一个或多个操作参数；以及

将选择的操作参数应用到第一和第二操作系统中的至少一个的操作。

根据本发明的一个实施例，其中瞬间操作的确定包括最大化第一操作系统的操作。

根据本发明的一个实施例，其中瞬间操作是减速要求，第一操作系统是再生第一制动机制，且第二操作系统是第二制动机制。

根据本发明的一个实施例，其中车辆路线数据和车辆状态数据的比较包括计算减速目标需要的扭矩，且第一制动机制的阈值是扭矩极限。

根据本发明的一个实施例，其中车辆路线数据和车辆状态数据的比较包括计算减速目标的再生能量量，且第一制动机制的阈值是车辆的储能容量。

根据本发明的一个实施例，其中瞬间操作是加速要求，第一操作系统是车辆的加速系统的电能部件，且第二操作系统是加速系统的燃烧能部件。

根据本发明的一个实施例，其中车辆路线数据和车辆状态数据的比较包括计算加速目标需要的加速能量量，且加速系统的电能部件的阈值是能量极限。

根据本发明的一个实施例，其中车辆路线数据包括位置信息、来自另一车辆的通信、道路状态以及目的地信息中的至少一个。

根据本发明，提供一种可触知地体现计算机处理器可执行的指令的计算机可读介质，指令包括用于以下操作的指令：

将车辆路线数据和车辆状态数据与车辆的第一操作系统的阈值进行比较；

根据比较来确定车辆的瞬间操作；

根据比较，为第一操作系统和第二操作系统中的至少一个选择一个或多个操作参数；以及

将选择的操作参数应用到第一和第二操作系统中的至少一个的操作。

根据本发明的一个实施例，其中瞬间操作的确定包括最大化第一操作系统的操作。

根据本发明的一个实施例，其中瞬间操作是减速要求，第一操作系统是再生第一制动机制，且第二操作系统是第二制动机制。

根据本发明的一个实施例，其中瞬间操作是加速要求，第一操作系统是车辆的加速系统的电能部件，且第二操作系统是加速系统的燃烧能部件。

根据本发明，提供一种方法，其包含：

将车辆路线数据和车辆状态数据与车辆的第一操作系统的阈值进行比较；

根据比较来确定车辆的瞬间操作；

根据比较，为第一操作系统和第二操作系统中的至少一个选择一个或多个操作参数；以及

将选择的操作参数应用到第一和第二操作系统中的至少一个的操作。

根据本发明的一个实施例，其中瞬间操作的确定包括最大化第一操作系统的操作。

根据本发明的一个实施例，其中瞬间操作是减速要求，第一操作系统是再生第一制动机制，且第二操作系统是第二制动机制。

根据本发明的一个实施例，其中车辆路线数据和车辆状态数据的比较包括计算减速目标需要的扭矩，且第一制动机制的阈值是扭矩极限。

根据本发明的一个实施例，其中车辆路线数据和车辆状态数据的比较包括计算减速目标的再生能量量，且第一制动机制的阈值是车辆的储能容量。

根据本发明的一个实施例，其中瞬间操作是加速要求，第一操作系统是车辆的加速系统的电能部件，且第二操作系统是加速系统的燃烧能部件。

根据本发明的一个实施例，其中车辆路线数据和车辆状态数据的比较包括计算加速目标需要的加速能量量，且加速系统的电能部件的阈值是能量极限。

根据本发明的一个实施例，其中车辆路线数据包括位置信息、来自另一车辆的通信、道路状态以及目的地信息中的至少一个。

附图说明

图1是示例性自主车辆系统的框图。

图2是示例性再生制动机制中的扭矩极限图的示意图。

图3示出了用于确定自主车辆中的瞬间操作的参数的示例性过程。

具体实施方式

系统概述

图1是示例性自主车辆系统100的框图。计算机105可以配置用于通过网络120与一个或多个远程站点(例如服务器125)通信，这样的远程站点可能包括数据存储130。车辆101包括车载计算机105，车载计算机105配置用于从一个或多个数据采集装置110接收与车辆101的各种部件或状态(如部件例如制动系统、储能系统、转向系统、动力传动系统等，和/或状态例如车辆101速度、加速度、俯仰、横摆、侧倾、剩余燃料等)有关的信息，如采集到的数据115。采集到的数据115还可以包括用户输入，例如车辆101的目的地。计算机105通常包括自主驾驶模块106，自主驾驶模块106包含用于自主(即没有操作员输入)操作车辆101的指令，可能包括响应于从服务器125接收到的指令。此外，计算机105如在模块106中通常包括用于如从一个或多个数据采集装置110和/或人机界面(HMI)(例如交互式语音响应(IVR)系统、包括触摸屏或诸如此类的图形化用户界面(GUI)等)接收数据的指令。

在车辆101中的自主操作可以通过一个或多个存储的参数116控制。通过评估采集到的数据115相对于在自主驾驶操作期间使用的一个或多个存储的参数116，计算设备105可以确定是否调节一个或多个参数116。例如，模块106可以改变与根据减速要求、检测的对象、道路状态、环境状态或可以由数据采集装置110检测或推测的如风、降水等诸如此类，来确定制动系统使用再生制动机制和摩擦制动机制中的哪一个使车辆101减速有关的参数116。

典型系统要素

车辆101包括车载计算机105，车载计算机105通常包括处理器和存储器，存储器包括一种或多种计算机可读介质的形式，并存储处理器可执行的用于执行各种操作的指令，包括本发明所公开的那些。进一步地，计算机105可以包括多于一个计算设备，如控制器或诸如此类包括在车辆101内用于监测和/或控制各种车辆部件的设备，如发动机控制单元(ECU)，变速控制单元(TCU)等。计算机105通常配置用于在控制器局域网(CAN)总线或诸如此类上进行通信。计算机105也可以与车载诊断装置连接器(OBD-II)连接。通过CAN总线，OBD-II，和/或其它有线或无线机制，计算机105可以传送信息至车辆中的各种设备和/或从各种设备接收信息，该各种设备如控制器、驱动器、传感器等，包括数据采集装置110。可选地或附加地，在计算机105实际上包含多个设备的情况下，CAN总线或诸如此类可用于本发明中计算机105表示的设备之间的通信。另外，计算机105可以配置用于与网络120通信，该网络120如下所述，可以包括各种有线和/或无线网络技术，如移动电话，蓝牙，有线和/或无线分组网络等。

通常包括在计算机105存储和执行的指令中的是自主驾驶模块106。使用计算机105接收到的数据，如从数据采集装置110，作为存储的参数116包括的数据、服务器125等接收的，模块106可以在无驾驶员操作车辆101的情况下控制各种车辆101部件和/或操作。例如，模块106可以用于调节车辆101的速度、加速度、减速度、转向、部件(如灯，挡风玻璃刮水器等)的操作。进一步地，模块106可以包括用于评估在计算机105中接收到的与车辆101操作者特性有关的信息，如从HMI和/或数据采集装置110。

数据采集装置110可以包括多种设备。例如，车辆中各种控制器可以用作数据采集装置110，以通过CAN总线提供数据115，如与车辆速度、加速度、储能容量、燃料范围等有关的数据115。进一步地，传感器或诸如此类，全球定位系统(GPS)设备等可以被包括在车辆中，且配置作为数据采集装置110以直接为计算机105提供数据，如通过有线或无线连接。传感器数据采集装置110可以包括通信设备以从其他车辆发送和接收信息，例如来自车辆周围的车辆101的路线意向。传感器数据采集装置110可以包括例如RADAR(雷达)、LADAR(激光雷达)、声波定位仪等机制，传感器可以部署用于测量车辆101与其它车辆或对象之间的距离。然而其他传感器数据采集装置110可以包括摄影机、体内酒精测定器、运动检测器等，即数据采集装置110以提供用于评估车辆101操作者条件或状态的数据。此外，数据采集装置110可以包括传感器以检测车辆101部件(例如方向盘、制动踏板、加速器、变速杆等)的位置、位置变化、位置变化率等。

计算机105的存储器通常存储采集到的数据115。采集到的数据115可以包括车辆101中采集到的多种数据。采集到的数据115的例子上面已提供，此外，数据115通常使用一个或多个数据采集装置110进行采集，此外可以包括在计算机105和/或服务器125中由此计算出的数据。总之，采集的数据115可以包括可以被采集装置110采集的任何数据和/或从这些数据中计算出的数据。因此，采集到的数据115可以包括与车辆101操作和/或性能有关的多种数据、从另一车辆接收的数据、以及与车辆101有关的环境状态、道路状态等有关的数据。例如，采集到的数据115可以包括与车辆101速度、加速度、俯仰、横摆、侧倾、制动、降水的存在或不存在、轮胎压力、轮胎状况等有关的数据。

车辆101包括具有再生制动机制和摩擦制动机制的制动系统。再生制动机制使用来自车辆101的减速的机械能给车辆101的电力系统再充电。再生制动机制具有制动扭矩极限116a、116b，制动扭矩极限116a、116b随着车辆速度增加大小减小，如示例性图2所示。再生制动机制的扭矩极限可以根据动力系统能量极限、轮速、动力系统扭矩极限和维持车辆101的稳定所需的扭矩极限来计算。此外，车辆101的电力系统通常具有关于它可以存储(如在蓄电池和诸如此类中)多少电能的极限。车辆101还可以包括，例如具有电能部件和燃烧能部件的加速系统。

返回图1，计算机105的存储器可以进一步存储参数116。参数116通常控制例如操作系统(如车辆101的制动和加速系统)，并且通常与这些系统的期望性能有关，例如车辆101的停车距离和减速和加速率。这些参数由于环境状态、道路状态、车辆101状态或诸如此类会发生变化。例如，制动参数116可以默认或根据一个或多个环境状态、道路状态、车辆101状态等(如降水的密度或类型、未铺路面的路、磨损轮胎、雪和/或冰状态等)指定施加到车辆101制动系统(如再生制动机制或摩擦制动机制)的力的量和施加的速率，以实现期望的停车距离和减速率。

参数116包括用于操作系统(例如制动和加速系统)机制的操作阈值。例如，制动参数包括再生制动机制的扭矩极限116a、116b以及电耦接到再生制动机制的电力系统的附加储能容量。这些阈值至少由于车辆101状态发变化。例如，再生制动机制的扭矩极限，如图2所示，根据车辆101的速度变化。车辆101的电力系统的附加储能容量极限基于在给定的时间存储的能量量变化。在另一个例子中，制动参数116可以包括车辆101的防抱死制动系统(ABS)的操作的阈值，基于例如采集到的有关在车辆101配置用于使用ABS应用中的摩擦制动时的道路状态和车辆101的速度的数据115。参数116还可以包括制动机制的操作设定以在选定的制动机制的阈值内提供给定的减速度。此外，例如，参数116还可以包括车辆101的加速系统的电能部件和燃烧能部件的操作的阈值，例如在车辆101的当前状态下电能部件的能量极限可以实现的最大加速率。

返回图1，网络120代表车载计算机105可以与远程服务器125通信的一种或多种机制。因此，网络120可以是各种有线或无线通信机制中的一种或多种，包括任何可取的有线(如电缆和光纤)和/或无线(如移动电话，无线网络，卫星，微波和射频)通信机制的组合和任何可取的网络拓扑(或当使用多个通信机制时的拓扑)。示例性通信网络包括提供数据通信服务的无线通信网络(如使用蓝牙，IEEE 802.11等)、局域网(LAN)和/或广域网(WAN)，包括互联网。

服务器125可以是一个或多个计算机服务器，每个通常包括至少一个处理器和至少一个存储器，存储器存储处理器可执行的指令，包括用于执行本发明中所描述的各种步骤和过程的指令。服务器125可以被包括或可通信地耦接至用于存储采集到的数据115和/或参数116的数据存储130。例如，采集到的有关道路状态、天气状态等的数据115可以存储在数据存储130中，并由服务器125提供至计算机105。同样地，参数116可以从数据存储130通过服务器125提供。例如，参数116可以为特定的车辆101或车辆101的类型进行更新，然后更新的参数116可以提供至模块106。

用户设备150可以是包括处理器和存储器的多种计算设备以及通信设备中的任何一种。例如，用户设备150可以是包括使用IEEE 802.11、蓝牙、和/或蜂窝通信协议进行无线通信功能的便携式计算机、平板电脑、智能电话等。进一步地，用户设备150可以使用这样的通信功能通过网络120进行通信，以及也直接与车载计算机105通信，如使用蓝牙。因此，用户设备150可以用于执行在此归因于数据采集装置110的某些操作，如用户设备150中的语音识别功能、摄影机、全球定位系统(GPS)功能等可以用于提供数据115至计算机105。进一步地，用户设备150可以用于提供人机界面(HMI)至计算机105，例如导航系统的输入。

典型的过程流程

图3是用于用具有再生制动机制和摩擦制动机制的制动系统控制自主车辆中的制动的示例性过程300的示图。

过程300开始于框305，在框305中，车辆101开始或继续自主驾驶操作，即，开始以自主驾驶模块106部分或完全控制的方式驾驶。例如，所有车辆101操作，如转向、制动、速度等可以由计算机105中的模块106控制。然而，在框305中，车辆101可以部分自主操作(即部分手动方式，其中一些操作(如转向)可以由驾驶员手动控制，而其他操作(如包括制动)可以由计算机105控制)也是可能的。

在框305之后，在框310中，计算机105接收采集到的数据115。如上所提到的，采集到的数据115可以通过多种数据采集装置110中的一个或多个提供，且可以包括有关车辆101速度、俯仰、横摆、侧倾、储能容量、环境状态、道路状态等的数据。采集到的数据115通常还包括制动机制(如制动踏板、制动力等)的位置，并且还可以包括，例如车辆101的用户输入的目的地。

在框310之后，在框315-320中，计算机105将如上关于框310所述采集的采集到的数据115和某些参数116(包括操作系统例如制动和加速系统的操作阈值)进行比较，以确定是否执行车辆101的瞬间操作，即，是否需要车辆101的减速或是否需要车辆101的加速。例如，计算机105将如通过采集到的数据115确定的车辆的当前速度和预期路线(例如接近弯道、改变道路状态、相对慢的前面车辆)与车辆101的制动系统的再生制动机制的至少一个操作阈值进行比较。例如，基于来自采集到的数据115的车辆101的速度和操作状态，计算机105评估再生制动机制是否可以执行在再生制动机制的扭矩极限116a、116b和/或摩擦制动机制的操作阈值内的减速操作或要求。在另一个例子中，计算机105评估车辆101的加速系统的电能部件是否可以实现加速操作。基于该比较，计算机105通过模块106确定车辆101的加速操作是否执行。在另一个例子中，采集到的数据115包括与车辆101的目的地和范围有关的数据，且车辆操作朝向到达目的地优化。因此，车辆101的自主操作取决于在自主操作期间朝向优化能量效率的特定操作系统(如再生制动机制和加速系统的电能部件)的操作阈值。因此，可能的是，车辆101的路线控制在提供相对能量效率的操作系统(例如再生制动机制和加速系统的电能部件)的操作阈值内。

在朝向确定是否执行瞬间操作比较车辆101的操作系统的操作阈值的例子中，计算机105计算车辆101的制动系统需要的扭矩以实现从采集到的数据115确定的减速目标。计算机105将如计算出的性能状态需要的扭矩与再生制动机制的扭矩极限116a、116b进行比较，以确定再生制动机制是否可以满足在扭矩极限116a、116b内的操作设定的全部或部分减速目标。因此，在某种程度上，需要的瞬间操作是通过采集到的数据115确定的，计算机105可以动态识别在特定操作系统(例如减速操作的再生制动机制)的操作极限内的瞬间操作。在另一个例子中，计算机105将需要的扭矩和车辆101的操作状态与ABS阈值进行比较，以确定再生制动机制是否可以满足全部或部分减速目标并避免ABS应用的接合，以允许再生制动机制的使用。在另一个例子中，计算机105计算需要的加速能量量以实现加速目标，并将该量与加速系统的电能部件的操作阈值即能量极限进行比较。

在另一个例子中，计算机105根据从采集到的数据115确定的减速目标评估电能产生性能条件，以确定再生制动机制是否将产生超过车辆101的电力系统的当前附加储能容量的电能。在确定由减速目标需要的性能条件的例子中，性能条件包括指定再生制动可以产生以满足减速目标的能量量的元素。因此，计算机105计算再生制动机制产生以满足减速目标的预期能量量。计算机105将如计算出的性能条件的预期的能量量与车辆101的电力系统的储能容量进行比较，以确定是否全部或部分预期的能量产量可以被车辆101利用。

如果不执行瞬间操作，那么在框320之后执行框350，以确定车辆101是否停留在自主模式中。如果不是，如车辆101已经到达它的目的地或车辆101的操作者已经开始自主操作到手动操作的转换，那么该过程结束。如果车辆101停留在自主操作中，如车辆101尚未到达部分采集到的数据115输入的目的地，那么该过程300返回框305、310和315。

如果计算机105在框320中确定要执行瞬间操作，那么下一步，在框325中，计算机105确定瞬间操作是否在第一操作系统的至少一个操作阈值内。例如，如果瞬间操作是减速操作或要求，第一操作系统相当于车辆101的制动系统的再生制动机制。在另一个例子中，如果瞬间操作是加速操作，第一操作系统相当于车辆101的加速系统的电能部件。

如果第一操作系统，如在减速操作情况下的再生制动机制，可以满足在他的操作阈值内的全部或部分减速要求，下一步，在框330中，计算机105从存储的参数116中选择第一操作系统的操作参数。例如，对于减速操作，计算机105选择参数116以一设定操作再生制动机制，该设定通常根据图2所示的再生制动机制的扭矩极限116a、116b在较高的车辆速度时提供较小的减速以及在较低的车辆速度时提供较大的减速，以便最大化再生制动机制的操作的再生能量。因此，可能的是，过程300提供车辆101的至少部分再生制动，因此，导致车辆101的提高的能量效率。在另一个例子中，对于加速操作，计算机105选择加速系统的电能部件的操作参数。

返回图3，在框330从存储的参数116选择第一操作系统的操作参数之后，在框335中，计算机105确定是否存在任何其他期望的瞬间操作，在仅部分瞬间操作被确定为在第一操作系统的操作阈值内的情况下。例如，对于减速操作，如果车辆101具有相对有限的储能容量(即车辆101接近完全充电)，预期的电能产量超过该容量，计算机105选择再生制动机制的参数116，使得储能容量被完全利用且部分满足减速要求。在另一个例子中，对于减速操作，如果需要的扭矩仅部分超过再生制动机制的扭矩极限，计算机105选择对应于需要的扭矩在再生制动机制的扭矩极限116a、116b内的部分制动操作的再生制动机制的参数116。在另一个例子中，对于加速操作。计算机105选择对应于需要的扭矩在电能部件的极限内的部分加速操作中的加速系统的电能部件的参数116。

如果，如在框325中确定，第一操作系统不满足任何瞬间操作在一个或多个操作阈值内，如对于减速操作，减速要求需要超过再生制动机制的扭矩极限116a、116b之一的制动扭矩，或如在框335中确定，第一操作机制仅可以部分满足瞬间操作，在框340中，计算机105从存储的参数116选择第二操作系统的操作参数。例如，对于减速操作，计算机105可以选择摩擦制动机制的操作参数以允许再生制动的部分使用，例如，在某些示例性车辆路线和车辆状态条件中，摩擦制动机制的初始操作避开ABS阈值并因此提供再生制动机制的部分操作。在另一个例子中，对于加速操作，计算机105选择加速系统的燃烧能部件的操作参数。

在框340或框335之后，如果确定第一操作系统能够完全满足瞬间操作，在框345中，那些为第一和第二操作系统选择的操作参数被模块106应用在制动系统的操作中以根据在框320识别的瞬间操作操作车辆101。在第一和第二操作系统都由选择的参数116操作时，选择的参数还可以命令系统操作的顺序。在框345中，在框330和/或340中从存储的参数116选择的操作参数应用之后，然后，下一步，执行框350，以确定车辆101是否停留在自主模式中。如果不是，那么该过程结束。如果车辆101停留在自主操作中，该过程300返回至框305、310和315。

结论

计算设备，例如本发明中所讨论的那些，通常各自包括一个或多个计算设备(如上所述的那些)可执行的指令，并且用于执行上述过程的框或步骤。例如上述讨论的过程框可以呈现为计算机可执行的指令。

计算机可执行的指令可以从使用多种程序设计语言和/或技术建立的计算机程序中被编译或解读，这些程序设计语言和/或技术，非为限制，包括Java^TM，C，C++，Visual Basic，Java Script，Perl，HTML等中单独一个或结合。通常，处理器(如微处理器)如从存储器，计算机可读介质等接收指令，并且执行这些指令，从而执行一个或多个过程，包括本发明中所述过程中的一个或多个。这样的指令和其它数据可以被存储且使用多种计算机可读介质传送。计算设备中的文件通常是存储在计算机可读介质(例如存储介质，随机存取存储器等)中的数据集。

计算机可读介质包括参与提供计算机可读数据(如指令)的任何介质。这样的介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质，易失性介质等。非易失性介质包括，例如光盘或磁盘以及其他持续内存。易失性介质包括动态随机存取存储器(DRAM)，其典型地构成主存储器。计算机可读介质的普遍形式包括，例如软盘(floppy disk)，可折叠磁盘(flexible disk)，硬盘，磁带，其它磁性介质，CD-ROM，DVD，其它光学介质，穿孔卡片，纸带，其它具有孔排列模式的物理介质，RAM(随机存取存储器)，PROM(可编程只读存储器)，EPROM(可擦除可编程只读存储器)，FLASH-EEPROM(闪速电可擦除可编程只读存储器)，其它存储芯片或磁片盒，或其它计算机可读的介质。

在附图中，相同的附图标记指示相同的元件。进一步地，这些元件中的一些或全部可以改变。至于本发明中所述的介质、过程、系统、方法等，应当理解的是，虽然这些过程等的步骤等被描述成根据一定的有序序列发生，这些过程可以实施为以不同于本发明所述顺序的顺序来执行所述的步骤。进一步应当理解，某些步骤可以同时执行，其它步骤可以增加，或在此所述的某些步骤可以省略。换句话说，提供本发明过程的描述目的在于说明某些实施例，而不应以任何方式被解释为限制要求保护的发明。

因此，应当理解的是，上述说明旨在说明而不是限制。除了提供的例子，在阅读上述说明基础之上许多实施例和应用对本领域技术人员是显而易见的。本发明的范围不应参照上述说明来确定，而是应该参照权利要求连同这些权利要求所享有的全部等效范围确定。可以预见和预期未来的发展将会发生在本发明讨论的领域，且本发明所公开的系统和方法将会被结合到这些未来的实施例中。总之，应当理解的是，本发明能够进行修改和变化并且仅被以下权利要求限定。

在权利要求中使用的所有术语旨在被给予它们最宽泛的合理解释和它们如本领域中技术人员理解的通常含义，除非在此作出明确相反的指示。特别是单数冠词如“一”，“该”，“所述”等的使用应被理解为叙述一个或多个所示元件，除非权利要求中叙述了明确相反的限制。