用于操作车辆的车载控制系统
阅读说明：本技术 用于操作车辆的车载控制系统 (On-board control system for operating vehicle ) 是由 特奥多罗·博拉 约翰·福理斯 劳伦特·布瓦松 于 2019-04-02 设计创作，主要内容包括：本公开涉及一种用于操作车辆(100,102,104)的车载控制系统(200),该控制系统(200)包括处理电路(202)以及与车辆(100)布置在一起的多个传感器(204,206,208)。控制系统(200)采用例如用于操作车辆(100,102,104)的通用车辆控制模型(M),其中该车辆控制模型(M)基于车辆(100,102,104)的正在进行的操作而专门适用于车辆(100,102,104)。本公开还涉及一种对应的计算机实现的方法和一种计算机程序产品。(The present disclosure relates to an onboard control system (200) for operating a vehicle (100, 102, 104), the control system (200) comprising a processing circuit (202) and a plurality of sensors (204, 206, 208) arranged with the vehicle (100). The control system (200) employs, for example, a general vehicle control model (M) for operating the vehicle (100, 102, 104), wherein the vehicle control model (M) is specifically adapted to the vehicle (100, 102, 104) based on ongoing operation of the vehicle (100, 102, 104). The disclosure also relates to a corresponding computer-implemented method and a computer program product.)
技术领域
本公开涉及一种用于操作车辆的车载控制系统，该控制系统包括处理电路以及与车辆布置在一起的多个传感器。该控制系统采用例如用于操作车辆的通用车辆控制模型，其中车辆控制模型基于车辆的正在进行的操作而专门适用于车辆。本公开还涉及一种对应的计算机实现方法和一种计算机程序产品。
背景技术
最近，车辆的半自主或全自主操作已经有了很大的进步，从而有效地提供了驾驶员辅助和安全功能，诸如巡航控制等。常规的巡航控制系统实现车辆速度控制的功能，其中由驾驶员选择期望的速度，并且车载控制系统操作车辆的发动机以保持期望的速度。
当交通流量较小时，这种简单的速度控制可以为驾驶员所接受，然而，一旦出现稍微复杂的交通情况，对于任何与车辆一起行驶的人来说，车辆的操作都将被体验为“不平稳”。因此，期望更先进的方案来控制车辆的操作。
在US9849880中给出了这种方案的示例，其中使用了车辆的模型。车辆控制模型又向非线性模型预测巡航控制例程提供输出，由此可以能够提供当在巡航控制模式下操作车辆的同时减少车辆扭矩需求波动的技术效果。这在US9849880中通过考虑先验道路坡度信息来实现。此外，在US9849880中，当车辆处于巡航控制模式时，车辆控制模型可以实时更新，从而允许将扭矩控制策略从恒定扭矩输出调整到脉冲和滑行扭矩输出，从而允许用于相同的驾驶条件的来自控制器的多个扭矩解决策略。
尽管在US9849880中的解决方案提出了一种控制车辆操作的令人感兴趣的方法，但它过于复杂，并且依赖于所述先验道路坡度信息。因此，对于用于车辆操作控制的方案，似乎存在进一步改进的空间，特别是针对适合于车辆内实现的计算效率，从而还能够允许改进的车辆操作的鲁棒性(robustness)。
发明内容
根据本公开的一方面，通过用于操作车辆的车载控制系统而至少部分缓解了上述问题，该控制系统包括处理电路以及与车辆布置在一起的多个传感器，该处理电路被布置成与多个传感器通信，其中该处理电路适于：接收用于操作车辆的参考控制值；接收来自多个传感器的车辆状态值；提供参考控制值和车辆状态值作为车辆控制模型的输入，其中该车辆控制模型适于形成用于操作车辆的补偿控制值；基于参考控制值和补偿控制值的组合来操作车辆；接收由车辆的操作产生的车辆数据；确定参考控制值和车辆数据之间的差异；以及如果所确定的差异高于预定阈值，则更新车辆控制模型。
本公开基于这样的认识，即可以通过引入可更新的车辆控制模型来改进车辆的操作控制。由于车辆控制模型可以例如基于车辆控制模型“表现”得好坏来迭代更新，所以最初使用的车辆控制模型可以相当地一般化，并且不一定必需明确地适于特定车辆。这使得本发明的控制策略在相同类型/品牌/型号的不同车辆具有固有差异的情况下(诸如基于不同车辆的制造差异)特别有用。
此外，使用可迭代更新的车辆模式(其中车辆控制模型应该被解释为车辆的至少一些部分的预期行为)允许车辆的相对更平稳的操作，因为能够显著减少瞬态阶段并且整体控制策略得到改善。这种特征对于要求高精度速度/加速度控制的应用(例如与自主车辆相关的应用)尤其重要。
通过更新的车辆控制模型，使用所提出的控制方案的进一步优点在于，其允许系统适不可预测的情况，例如部件的老化、车辆特性的变化、环境条件等。
值得注意的是，上文使用的表述“自主车辆”应该被广义地解释，并且涉及以完全或部分自主的模式操作的车辆。在部分自主车辆中，一些功能可以可选地在一些或所有时间被手动控制(例如由驾驶员控制)。此外，部分自主车辆可以被配置成在完全手动操作模式和部分自主操作模式和/或完全自主操作模式之间切换。
在一个实施例中，处理电路可以是电子控制单元(ECU)，该电子控制单元(ECU)通常作为车辆的车载部件来提供。相应地，传感器可以例如包括用于确定车辆的中间操作的传感器，诸如包括速度、加速度、倾斜度、扭矩、车辆质量等。因此，在优选实施例中，车辆状态值从包括道路倾斜度、车辆质量、车辆速度、车辆功率极限、齿轮箱比等中的一个或多个的组中来选择。可以使用/包括真实和虚拟的其它传感器，并且这些传感器被认为在本公开的范围内。虚拟传感器可以被视为提供不需要测量而是通过用户界面或从车辆上记录的信息来确定和/或获取的值。
在本公开的优选实施例中，处理电路实现为控制功能部，并且控制功能部接收参考控制值和车辆数据之间的差异。控制功能部又可以被实现为PID控制器。因此，在这样的实施例中，控制功能部将与用于控制车辆操作的车辆控制模型一起起作用。与仅使用例如PID控制器的现有技术解决方案相比，根据本公开的实施方式将允许例如PID控制器被大大简化，因为PID控制器不必适合于所有不同的情况。也就是说，在这样的实施例中，车辆控制模型可以被视为用于补偿而不是直接控制车辆。本公开的另一个优点是，包括可更新的车辆控制模型简化了控制功能部的设计，诸如关于闭环控制器。
在本公开的实施例中，来自控制功能部的输出与补偿控制值相结合以形成控制信号，并且该控制信号被应用于操作车辆。因此，根据上述讨论，由车辆控制模型提供的补偿控制值与来自用于操作车辆的控制功能部的输出相结合。
作为示例，在一个实施例中，参考控制值可以被选择为车辆的期望加速度值和/或期望速度值。这样的参考控制值因此可以被选择用于在例如巡航控制模式下操作车辆。然而，其它参考控制值也是可能的，并且在本公开的范围内，诸如关于期望的扭矩值来控制车辆等。因此，根据本公开呈现的方案适用于操作不同的车辆功能。
优选地，车辆数据是由车辆的操作产生的测量输出。在一些实施例中，可以使用相同或相似的传感器用于确定车辆的当前操作状态。当然也可以包括其它传感器。
此外，在本公开的实施例中，预定阈值取决于参考控制值。作为示例，阈值不一定必须是固定的，而是可以取决于期望控制的内容(例如，车辆的期望加速度值和/或期望速度值)，其中不同的参考控制值(实体)可以被选择为具有不同的阈值。
在本公开的优选实施例中，更新的车辆控制模型被传输到远程服务器，该远程服务器被布置在车辆之外，该远程服务器被布置成与处理电路联网通信。因此，在车辆控制模型被更新的情况下，该更新的车辆控制模型可以能够由例如其它类似的车辆类型共享。结果是，接收到更新的车辆控制模型的车辆可以又对该车辆控制模型“加工”，以使其特定于该车辆。
此外，在一些实施例中，车辆控制模型可以是特定于任务的，或特定于道路部分、国家、海拔高度等的。作为示例，在一些实施例中，开始特定任务的车辆可以被提供(例如，从远程服务器接收)待用作如上定义的“初始”车辆控制模型的这样的任务特定车辆控制模型。一旦任务完成，则该更新的车辆控制模型就可以被打算在未来按照该任务操作的其它车辆所使用。
在本公开的优选实施例中，车载控制系统作为车辆的部件被提供，通常还包括上述传感器。车辆又可以是例如公共汽车、卡车、轿车或任何形式的建筑设备中的一种。车辆还可以是纯电动车辆(PEV)和混合动力电动车辆(HEV)中的至少一种。
根据本公开的另一方面，提供了一种计算机实现的方法，该方法用于操作被布置在车辆上的控制系统，该控制系统包括处理电路以及与车辆布置在一起的多个传感器，该处理电路被布置成与所述多个传感器通信，其中该方法包括以下步骤：在处理电路处接收(S1)用于操作车辆的参考控制值；在处理电路处接收(S2)来自所述多个传感器的车辆状态值；由处理电路提供(S3)参考控制值和车辆状态值作为车辆控制模型的输入，其中该车辆控制模型适于形成用于操作车辆的补偿控制值；由处理电路基于参考控制值和补偿控制值的组合来操作(S4)车辆；在处理电路处接收(S5)由车辆的操作产生的车辆数据；在处理电路处确定(S6)参考控制值和车辆数据之间的差异；以及如果所确定的差异高于预定阈值，则在处理电路处更新(S7)车辆控制模型。本公开的这一方面提供了与上文关于本公开的前一方面所讨论的相似的优点。
根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括非暂时性计算机可读介质，在该非暂时性计算机可读介质上存储有计算机程序装置，该计算机程序装置用于操作被布置在车辆上的控制系统，该控制系统包括处理电路以及与车辆布置在一起的多个传感器，该处理电路被布置成与所述多个传感器通信，其中该计算机程序产品包括：用于在处理电路处接收用于操作车辆的参考控制值的代码；用于在处理电路处接收来自所述多个传感器的车辆状态值的代码；用于由处理电路提供参考控制值和车辆状态值作为车辆控制模型的输入的代码，其中该车辆控制模型适于形成用于操作车辆的补偿控制值；用于由处理电路基于参考控制值和补偿控制值的组合来操作车辆的代码；用于在处理电路处接收由车辆的操作产生的车辆数据的代码；用于在处理电路处确定参考控制值和车辆数据之间的差异的代码；以及用于如果所确定的差异高于预定阈值则在处理电路处更新车辆控制模型的代码。此外，本公开的这一方面提供了与上文关于本公开的先前方面所讨论的类似的优点。
计算机可读介质可以是任何类型的存储设备，包括可移动非易失性随机存取存储器、硬盘驱动器、软盘、CD-ROM、DVD-ROM、USB存储器、SD存储卡或本领域已知的类似计算机可读介质中的一种。
在以下描述和从属权利要求中公开了本公开的其它优点和有利特征。
附图说明
参考附图，以下是作为示例引用的本公开的实施例的更详细描述。
在附图中：
图1A示出了卡车，图1B示出了公共汽车，并且图1C示出了轮式装载机，在上述车辆中可以结合根据本公开的控制系统；
图2示出了根据本公开的当前优选实施例的概念性控制系统；并且
图3示出了用于执行根据本公开的方法的处理步骤。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开，在附图中示出了本公开的当前优选实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施例；而是，这些实施例是为了彻底性和完整性而提供的，并且向本领域技术人员充分传达了本公开的范围。相同的附图标记始终指代相同的元件。
现在参考附图，特别是参考图1A，描述了示例性车辆，这里被示出为卡车100，在该车辆中可以结合根据本公开的控制系统200(如图2所示)。控制系统200当然可以以稍微不同的方式实现在如图1B所示的公共汽车102、如图1C所示的轮式装载机、汽车、公共汽车等中。
该车辆例如可以是电动车辆或混合动力车辆中的一种，或者可以是燃气、汽油或柴油车辆。该车辆包括电机(在电动车辆或混合动力车辆的情况下)或发动机(诸如在燃气、汽油或柴油车辆的情况下的内燃发动机)。车辆还可以被手动操作、完全或半自主操作。
图2示出了控制系统200的概念性的示例性实施方式，该控制系统200包括处理电路202，诸如电子控制单元(ECU)，该处理电路202适于操作例如车辆100、102、104中的任一个。ECU 202实现用于从多个传感器204、206、208接收数据的接口，例如用于测量车辆100、102、104的速度、加速度、倾斜度、扭矩等中的一个。控制系统200还可以包括数据库(未示出)，用于存储由ECU 202在操作车辆时使用的车辆控制模型。控制系统200还可以设置有用于允许车辆控制模型在ECU 202处被接收并从ECU 202传输(诸如从远程服务器(未示出)接收并传输到远程服务器)的接口。
为了参考，ECU 202可以例如被表现为通用处理器、专用处理器、包含处理部件的电路、分布式处理部件组、被配置成用于进行处理的分布式计算机组、现场可编程门阵列(FPGA)等。处理器可以是或可以包括任何数量的硬件部件，用于进行数据或信号处理或用于执行存储在存储器中的计算机代码。存储器可以是用于存储用于完成或有助于本说明书中描述的各种方法的数据和/或计算机代码的一个或多个设备。存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器。存储器可以包括数据库部件、目标代码部件、脚本部件或用于支持本说明书的各种活动的任何其它类型的信息结构。根据示例性实施例，任何分布式或本地存储设备可以与本说明书的系统和方法一起使用。根据示例性实施例，存储器被可通信地连接到处理器(例如，经由电路或任何其它有线、无线或网络连接)，并且包括用于执行本文中描述的一个或多个过程的计算机代码。
在用于控制车辆100、102、104的操作的控制系统200的操作期间，进一步参考图3，ECU 202“装载”有车辆控制模型M。如所提到的，车辆控制模型M可以被视为对车辆100、102、104的功能如何的一般预期。还如所提到的，车辆控制模型M可以从例如远程服务器被接收，或者在车辆100、102、104的制造时被接收。
最初，例如车辆100、102、104的驾驶员或自主过程设定用于操作车辆100、102、104的参考控制值V1，例如车辆100、102、104的速度或加速度中的一种。在ECU 202处接收S1参考控制值V1。ECU 202还接收S2来自多个传感器204、206、208的车辆状态值V2、V2’、V2”,诸如来自适于测量车辆100、102、104的速度、加速度、倾斜度、扭矩等中的一个的传感器的车辆状态值V2、V2’、V2”。可以提供其它数据，诸如车辆100、102、104的重量等。
根据本公开，然后提供S3参考控制值V1和车辆状态值V2、V2’、V2”作为车辆控制模型M的输入，其可以被视为例如车辆功能的数学表示或一组处理步骤。车辆控制模型M又适于形成补偿控制值CCV。然后，基于参考控制值V1和补偿控制值CCV的组合来操作S4车辆100、102、104。
如上所述，ECU 202优选地实现为控制功能部。例如被实现为PID控制器的控制功能部通常接收参考控制值V1以及与车辆100、102、104的当前操作相关的数据。控制功能部然后操作以减小例如车辆100、102、104的期望速度(即参考控制值V1)和当前速度之间的差异。然而，根据本公开，车辆控制模型M用于在来自控制功能部的输出和要控制的车辆100、102、104的功能之间引入动态补偿因子，即补偿控制值CCV。
此外，在车辆100、102、104的操作之后，ECU 202接收S5由车辆100、102、104的操作产生的车辆数据VD。与参考控制值V1相比，车辆数据VD通常可以被视为车辆当前正在如何行为。因此，确定S6车辆数据VD和参考控制值V1之间的差异△。如果该差异被确定为高于预定阈值(例如，该差异大于期望值)，这意味着车辆控制模型M将被更新S7。
因此，根据本公开的方案可以被视为在控制系统200运行的同时的不同操作点x的持续记录。这组样本然后被用于递归地回归到描述使用车辆控制模型M来描述的车辆功能的操作的函数。因此，期望调整车辆控制模型M，使得模型的不确定性等于车辆100、102、104的实际操作的真实不确定性。
因此，在控制系统200操作“足够长”(时间→∞)的情况下，来自控制功能部的输出(诸如被实现为示例性的PID控制器)趋于零。因此，这将意味着车辆控制模型M为车辆100、102、104的当前操作条件提供了正确的补偿控制值CCV。
本公开设想了用于实现各种操作的任何机器可读介质上的方法、设备和程序产品。本公开的实施例可以使用现有的计算机处理器来实现，或者通过为了这个目的或另一个目的而结合的用于适当系统的专用计算机处理器来实现，或者通过硬连线系统来实现。本公开范围内的实施例包括程序产品，该程序产品包括用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这种机器可读介质可以是能够由通用或专用计算机或其它具有处理器的机器访问的任何可用介质。
举例来说，这种机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储设备，或者是能够用来以机器可执行指令或数据结构的形式携带或存储期望的程序代码且能够由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何其它介质。当信息通过网络或另一个通信连接(硬连线、无线或硬连线或无线的组合)被传输或提供给机器时，机器正确地将该连接视为机器可读介质。因此，任何这样的连接都被恰当地称为机器可读介质。以上的组合也被包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机执行特定功能或功能组的指令和数据。
虽然附图可以示出方法步骤的特定顺序，但是步骤的顺序可以不同于所描述的顺序。此外，两个或多个步骤可以同时或部分同时地执行。这种变型将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这些变型都在本公开的范围内。同样，软件实施方式可以用具有基于规则的逻辑和其它逻辑的标准编程技术来实现，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。
此外，尽管已经参考本公开的特定示例性实施例描述了本公开，但是许多不同的改变、修改等对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
通过研究附图、本公开和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的公开内容时可以理解和实现对所公开的实施例的变型。此外，在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。
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