專利名稱：用于道路軌跡和速度優(yōu)化的車輛底盤和動力傳動系統(tǒng)配置工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基本涉及這樣一種工具，該工具允許優(yōu)化對于車輛完成道路(track)或環(huán)路(circuit)的通過時間(transit time)。
背景技術(shù)：
在機(jī)動車的發(fā)展過程中，計(jì)算機(jī)車輛模型可用于在各種情況下檢測車輛底盤和動力傳動系統(tǒng)的各種設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性能。代替如之前所使用的利用預(yù)先確定的模型來獲得道路上的車輛的最優(yōu)性能模擬，本發(fā)明的工具產(chǎn)生了目標(biāo)和設(shè)計(jì)參數(shù)作為向多個車輛系統(tǒng)控制器和校準(zhǔn)模塊的輸入，從而獲得性能目標(biāo)。
相對現(xiàn)有技術(shù)的一個優(yōu)點(diǎn)是所述工具提供了一優(yōu)化器，該優(yōu)化器連接到轉(zhuǎn)向(steering)控制器、制動控制器、節(jié)氣門控制器、發(fā)動機(jī)校準(zhǔn)模塊、動力傳動系統(tǒng)模塊和車輛校準(zhǔn)模塊，上述控制器、模塊與優(yōu)化器配合從而基于性能目標(biāo)產(chǎn)生輸出，從而產(chǎn)生車輛系統(tǒng)模擬。
相對于現(xiàn)有技術(shù)的另一個優(yōu)點(diǎn)是所述工具提供了獨(dú)立于駕駛員模型(driver model)的軌跡(trajectory)優(yōu)化。
6用于制造車輛系統(tǒng)的最接近的現(xiàn)有技術(shù)是準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)模型優(yōu)
化，其結(jié)合了汽車的預(yù)先確定的路徑和"最大性能"圖("maps ofmaximum capabilities")。這種模型集成路徑周圍以利用手動或者駕駛員.模型(driver model)基于圍繞道路的軌跡的優(yōu)化而獲得跑一圈的時間(lap time)。這種工具的缺點(diǎn)包括假定的路徑可能不是最優(yōu)的，在模擬過程之前或者在模擬過程中，車輛的任何改動或者發(fā)動機(jī)改動上的不可預(yù)知的發(fā)動機(jī)性能意味著對于最優(yōu)路徑的變動，并且穩(wěn)定狀態(tài)模擬忽略了緩沖器、路面粗糙度和動態(tài)負(fù)荷傳遞的影響。
一種可替換的模擬系統(tǒng)提供了中間的駕駛員模型，該模型允許使用者限定路徑，并且使用閉環(huán)控制以沿著該路徑。這種駕駛員模型的缺點(diǎn)在于使用者限定的路徑永遠(yuǎn)不是最優(yōu)的，并且可能是不實(shí)際的。另外，閉環(huán)控制會試圖精確地沿著該路徑，但是通常不能精確地沿著該路徑。
另一個可替換的模擬系統(tǒng)提供了改進(jìn)的駕駛員模型，該模型使用復(fù)雜度降低的車輛動態(tài)模型、準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)圖和有關(guān)于駕駛員行為("主動性(aggressiveness)")的用戶確定的信息，以限定"幾乎最優(yōu)的"路徑和一組開環(huán)控制輸入。閉環(huán)控制調(diào)整控制輸入以彌補(bǔ)(account for)實(shí)際動態(tài)性能和估計(jì)值之間的差異，并且允許車輛的變動。這種駕駛員模型的一個缺點(diǎn)在于算法包括硬接線(hard-wired)行為假設(shè)，這絕不是精確真實(shí)的。
過去已經(jīng)在優(yōu)化方面做出過努力。由于優(yōu)化工具在査找離散參數(shù)值方面有效，但是車輛控制輸入是連續(xù)的，并且必須能夠是平滑的，因此產(chǎn)生了困難。通常，當(dāng)優(yōu)化被用于產(chǎn)生連續(xù)信息時，它由曲線或者多項(xiàng)式描述，從而數(shù)個離散系數(shù)可以是來自優(yōu)化的實(shí)際輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的設(shè)備和方法通過提供下面的工具克服了這些缺陷，所述工具基于車輛的實(shí)際計(jì)算的性能而獲得了性能目標(biāo)，從而消除了駕駛'員模型。
在第一優(yōu)選實(shí)施例中，通過優(yōu)化圍繞道路的軌跡目標(biāo)點(diǎn)，本
發(fā)明的工具允許優(yōu)化對于車輛完成(cover)道路或者環(huán)路的通過時間。所述工具包括優(yōu)化器以確定路徑目標(biāo)點(diǎn)，所述路徑目標(biāo)點(diǎn)將被發(fā)送給控制裝置，例如轉(zhuǎn)向控制器，以獲得性能目標(biāo)，例如對于路段的最小通過時間。在通常的車輛動態(tài)代碼中，設(shè)計(jì)參數(shù)和目標(biāo)橫坐標(biāo)被輸入到閉環(huán)轉(zhuǎn)向控制器。實(shí)現(xiàn)的軌跡僅受到車輛底盤和動力傳動系統(tǒng)物理限制的限制。本發(fā)明使用離散點(diǎn)以描述對于路徑和速度的目標(biāo)，這使得使用優(yōu)化工具是有效的。所述優(yōu)化是基于車輛的實(shí)際計(jì)算的性能；因此，車輛跟隨的路徑可能不同于目標(biāo)(多個)所描述的路徑。目標(biāo)路徑被簡單地修改以獲得最佳的性能。


當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，根據(jù)下面對于優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述以及其它優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的配置工具的框圖。
具體實(shí)施例方式
2005年4月8日提交的美國臨時專利申請no. 60/669， 470在此引為參考。
圖1示出了一種車輛底盤和動力傳動系統(tǒng)配置(set up)工具10，用于優(yōu)化道路軌跡和速度。工具IO產(chǎn)生目標(biāo)和設(shè)計(jì)參數(shù)作為向多個車輛系統(tǒng)控制器和校準(zhǔn)模塊的輸入，從而獲得性能目標(biāo)。該工具包括優(yōu)化器ll，優(yōu)化器ll連接到轉(zhuǎn)向(steering)控制器12、制動控制器13、節(jié)氣門控制器14、發(fā)動機(jī)校準(zhǔn)模塊15、動力傳動系統(tǒng)模塊16和車輛校準(zhǔn)模塊17?；谛阅苣繕?biāo)，所述控制器和模塊12-17與優(yōu)化器11配合以產(chǎn)生輸出，從而產(chǎn)生車輛系統(tǒng)模擬18。
例如，優(yōu)化器11連接到轉(zhuǎn)向控制器12，從而為控制器12產(chǎn)
生軌跡設(shè)計(jì)參數(shù)，從而控制車輛的轉(zhuǎn)向。優(yōu)化器11連接到制動控制器13，以向控制器13產(chǎn)生速度目標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)，從而控制車輛的制動。優(yōu)化器11連接到節(jié)氣門控制器14，以向控制器14產(chǎn)生速度目標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)，從而控制車輛的加速。優(yōu)化器11連接到發(fā)動機(jī)校準(zhǔn)模塊15，以向模塊15產(chǎn)生發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，從而限定車輛的發(fā)動機(jī)性能。優(yōu)化器11連接到動力傳動系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊16，以向模塊16產(chǎn)生傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，從而限定車輛的驅(qū)動系統(tǒng)的性能。優(yōu)化器11連接到車輛校準(zhǔn)模塊17，以向模塊17產(chǎn)生底盤/車輛設(shè)計(jì)參數(shù)，從而限定底盤以及車輛相關(guān)部件的性能。
控制器和模塊12-17中的每一個連接到車輛系統(tǒng)模擬18，車輛系統(tǒng)模擬產(chǎn)生性能響應(yīng)，作為反饋送到優(yōu)化器11。車輛系統(tǒng)模擬18包括目標(biāo)路徑、制動模型、節(jié)氣門模型、發(fā)動機(jī)性能模型、動力傳動系統(tǒng)模型和車輛動態(tài)模型。
通過優(yōu)化圍繞道路的軌跡目標(biāo)點(diǎn)，工具io允許優(yōu)化對于車輛完成道路或者環(huán)路(circuit)的通過時間。在普通的車輛動態(tài)代碼中，設(shè)計(jì)參數(shù)和目標(biāo)橫坐標(biāo)被輸入到閉環(huán)轉(zhuǎn)向控制器12中。因
此，不需要駕駛員模型。所實(shí)現(xiàn)的軌跡僅受到車輛底盤和動力傳動 系統(tǒng)性能的限制。因此，所述限制是基于物理的，而不是基于系統(tǒng) 的。使用離散點(diǎn)以描述對于路徑和速度的目標(biāo)使得使用優(yōu)化工具是 有效的.。優(yōu)化器11確定了路徑目標(biāo)點(diǎn)，所述路徑目標(biāo)點(diǎn)將被發(fā)送 到控制裝置以獲得一些性能目標(biāo)，例如對于公路段的最小通過時 間。因?yàn)樗鰞?yōu)化是基于實(shí)際計(jì)算的性能，因此，所跟隨的實(shí)際路 徑與所述目標(biāo)所描述的不同也無關(guān)緊要。目標(biāo)路徑被簡單地修改以 獲得最好的性能。
沿著道路優(yōu)化制動和加速點(diǎn)通過工具IO來有效提供。制動距 離和加速點(diǎn)在車輛的制動和加速性能的范圍內(nèi)被優(yōu)化。設(shè)計(jì)參數(shù)被 輸入到節(jié)氣門和制動控制器模塊14和13，并且連接到通常的車輛 動態(tài)代碼動力傳動系統(tǒng)模塊15。節(jié)氣門和制動控制器是獨(dú)立的， 例如允許在節(jié)氣門仍然開啟的同時進(jìn)行制動。這將速度控制器的性 能擴(kuò)展到賽車的應(yīng)用。
工具IO提供了動力傳動系統(tǒng)和車輛配置參數(shù)的優(yōu)化，例如發(fā) 動機(jī)熱動力特性和幾何輪廓(geometry),齒輪比和換檔規(guī)律(shift schedule),最終傳動比，空氣動力性能，底盤，懸掛和重量分布。 普通的發(fā)動機(jī)性能模擬模型是基于物理方面的，允許在瞬態(tài) (transient)模擬過程中氣體交換過程的全分辨能力(full resolution)。這允許預(yù)測由發(fā)動機(jī)幾何輪廓和氣門組系操作的變 化導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)性能。它還允許更新的技術(shù)或概念設(shè)計(jì)被包括。在 瞬態(tài)操作過程中，可變氣門致動中的該工具的能力、無凸輪的、可 變凸輪正時和可變歧管操作擴(kuò)展了可以由所述工具使用的發(fā)動機(jī) 技術(shù)的范圍。發(fā)動機(jī)模型還能夠是實(shí)時的。動力傳動系統(tǒng)模型可以
10方便地定制，允許包括任何類型的傳動、混合動力技術(shù)和控制，例 如在變速(汽車運(yùn)動)過程中發(fā)動機(jī)點(diǎn)火關(guān)閉，離合器/自動變速 裝置等。
工具10提供了普通的優(yōu)化器11以連接不同的控制器和模塊
12-17，并且控制設(shè)計(jì)參數(shù)和響應(yīng)的流動。優(yōu)化代碼能夠覆蓋大的 設(shè)計(jì)空間，并且在最短時間內(nèi)收斂(converging)。
工具10的輸出是可在一組車輛設(shè)計(jì)參數(shù)上實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)的軌跡 和速度目標(biāo)，從而使得車輛的通過時間最小化。對于道路的每一部 分，最優(yōu)路徑和動力傳動系統(tǒng)改變對于所述優(yōu)化的影響被用于優(yōu)化 器內(nèi)的折衷選擇(trade off)分析，從而為特定道路設(shè)計(jì)出最優(yōu) 的車輛配置。
相對于現(xiàn)有技術(shù)的一個優(yōu)點(diǎn)在于所述工具提供了與駕駛員模 型相獨(dú)立的軌跡優(yōu)化。相反，所提出的工具的最優(yōu)目標(biāo)路徑僅受限 于車輛性能，而不是駕駛員模型校準(zhǔn)。
其它優(yōu)點(diǎn)包括去除了準(zhǔn)穩(wěn)定發(fā)動機(jī)特性曲面圖，所述曲面圖 沒有給出可行的瞬態(tài)行為。
另外的優(yōu)點(diǎn)包括普通發(fā)動機(jī)性能模型，該模型是基于物理方 面(physically)的，因此發(fā)動機(jī)參數(shù)可以在運(yùn)行中(on the fly)
被優(yōu)化，沒有外環(huán)或者主優(yōu)化過程的中斷。另外，發(fā)動機(jī)參數(shù)可以 在模擬過程中改變，允許全部范圍的發(fā)動機(jī)技術(shù)被研究。
本發(fā)明的優(yōu)化器允許每個代碼連接在一起，并且提供連續(xù)的 過程，所述連續(xù)過程在各個階段之間不需要用戶輸入軌跡和車輛 優(yōu)化。
與準(zhǔn)穩(wěn)定模擬不同，對于節(jié)氣門脈沖以及因此對于整個車輛 行為的發(fā)動機(jī)響應(yīng)是可實(shí)現(xiàn)的。最優(yōu)的方案因此可以直接在車輛上
ii實(shí)現(xiàn)，沒有實(shí)際模擬輸出的后處理或者修改。
車輛和發(fā)動機(jī)模型是實(shí)時的，能夠允許利用與優(yōu)化器中使用
的相同的精確和可實(shí)現(xiàn)的模型執(zhí)行控制和HiL任務(wù)，。
控制器、動力傳動系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)模型、車輛動態(tài)代碼和優(yōu)化
器之間的連接適用于任何類型的車輛應(yīng)用，不僅是用于賽車。
與基于準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)圖的模型相比，通過模型的較高的準(zhǔn)確性
和分辨能力，尤其是通過發(fā)動機(jī)，運(yùn)行時間增加，但是提供了能夠
實(shí)際實(shí)現(xiàn)的輸出。
根據(jù)本發(fā)明的工具可用于但不限于賽車運(yùn)動(motorsport)、
家用車輛校準(zhǔn)和控制發(fā)展、和用于給定駕駛周期的專門車輛的動力
傳動系統(tǒng)優(yōu)化。
根據(jù)專利法的規(guī)定，本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)其優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描 述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，本發(fā) 明可以'以所示和所述以外的方式實(shí)施。
1權(quán)利要求
1. 一種用于車輛道路軌跡和速度優(yōu)化的設(shè)備，包括優(yōu)化器，用于向車輛系統(tǒng)控制器產(chǎn)生目標(biāo)值；轉(zhuǎn)向控制器，連接到所述優(yōu)化器，用于接收軌跡設(shè)計(jì)參數(shù)；制動控制器，連接到所述優(yōu)化器，用于接收速度目標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)；和節(jié)氣門控制器，連接到所述優(yōu)化器，用于接收速度目標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)。
2. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，包括發(fā)動機(jī)校準(zhǔn)模塊，所述發(fā)動機(jī)校準(zhǔn)模塊連接到所述優(yōu)化器，用于接收發(fā)動機(jī)設(shè) 計(jì)參數(shù)。
3. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，包括動力傳動系 統(tǒng)校準(zhǔn)模塊，所述動力傳動系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊連接到所述優(yōu)化器，用于 接收傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)。
4. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，包括車輛校準(zhǔn)模 塊，所述車輛校準(zhǔn)模塊連接到所述優(yōu)化器，用于接收底盤/車輛設(shè) 計(jì)參數(shù)。
5. —種優(yōu)化車輛道路軌跡和速度的方法，包括下列步驟a. 從優(yōu)化器向車輛系統(tǒng)控制器和校準(zhǔn)模塊產(chǎn)生參數(shù)；b. 基于來自所述車輛系統(tǒng)控制器和校準(zhǔn)模塊的輸入運(yùn)行車輛 系統(tǒng)模擬；和c. 將來自所述車輛系統(tǒng)模擬的性能響應(yīng)提供給優(yōu)化器。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，包括下列步驟-將軌跡設(shè)計(jì)參數(shù)和速度目標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)提供給車輛系統(tǒng)控制器。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，包括下列步驟 將發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)、驅(qū)動傳動系統(tǒng)參數(shù)和底盤/車輛設(shè)計(jì)參數(shù)提供 給所述模塊。
8. —種用于模擬車輛操作以獲得優(yōu)化性能目標(biāo)的模擬系統(tǒng)，包括車輛底盤和動力傳動系統(tǒng)配置工具，包括優(yōu)化器，所述優(yōu)化 器連接到至少一個用于接收設(shè)計(jì)參數(shù)的車輛控制器以及至少一個 車輛校準(zhǔn)模塊，其中基于所述性能目標(biāo)，所述優(yōu)化器響應(yīng)于所述控 制器和校準(zhǔn)模塊產(chǎn)生一輸出，以產(chǎn)生車輛系統(tǒng)模擬。
9. 如權(quán)利要求8所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括轉(zhuǎn)向控制器，所述轉(zhuǎn)向控制器連接到所述優(yōu)化器，用于接收軌跡設(shè)計(jì)參數(shù)。
10. 如權(quán)利要求8所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括制動控制器，所述制動控制器連接到所述優(yōu)化器，用于接收速度目標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)。
11. 如權(quán)利要求8所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括節(jié)氣 門控制器，所述節(jié)氣門控制器連接到所述優(yōu)化器，用于接收速度目 標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)。
12. 如權(quán)利要求8所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)動 機(jī)校準(zhǔn)模塊，所述發(fā)動機(jī)校準(zhǔn)模塊連接到所述優(yōu)化器，用于接收發(fā) 動機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)。
13. 如權(quán)利要求8所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括動力傳動系統(tǒng)模塊，所述動力傳動系統(tǒng)模塊連接到所述優(yōu)化器，用于接 收傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)。
14. 如權(quán)利要求8所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括車輛 校準(zhǔn)模塊，所述車輛校準(zhǔn)模塊連接到所述優(yōu)化器，用于接收底盤/ 車輛設(shè)計(jì)參數(shù)。
15. —種優(yōu)化車輛道路軌跡和速度的方法，包括下列步驟將目標(biāo)和設(shè)計(jì)參數(shù)輸入到多個車輛系統(tǒng)控制器和校準(zhǔn)模塊 中，以獲得性能目標(biāo)，將優(yōu)化器連接到所述車輛系統(tǒng)控制器和校準(zhǔn)模塊，和 產(chǎn)生輸出以產(chǎn)生車輛系統(tǒng)模擬。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，包括下列步驟基于來自所述車輛系統(tǒng)控制器和校準(zhǔn)模塊的輸入運(yùn)行車輛系統(tǒng)模 擬。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，包括下列步驟 將來自所述車輛系統(tǒng)模擬的性能響應(yīng)提供給優(yōu)化器。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述車輛系統(tǒng)控制器包括轉(zhuǎn)向控制器、制動控制器和節(jié)氣門控制器中的至少一個。
19. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述校準(zhǔn)模塊 包括動力傳動系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊、車輛校準(zhǔn)模塊、和發(fā)動機(jī)校準(zhǔn)模塊中 的至少一個。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，包括下列步驟 獨(dú)立于所述節(jié)氣門控制器運(yùn)行所述制動控制器，從而允許當(dāng)節(jié)氣門仍然開啟時進(jìn)行制動。
全文摘要
一種工具，基于車輛的實(shí)際計(jì)算的性能獲得性能目標(biāo)，從而消除駕駛員模型。該工具包括優(yōu)化器，以確定路徑目標(biāo)點(diǎn)，所述路徑目標(biāo)點(diǎn)將被發(fā)送到控制裝置，例如轉(zhuǎn)向控制器，以獲得性能目標(biāo)，例如對于公路段的最小通過時間。在普通的車輛動態(tài)代碼中，所述設(shè)計(jì)參數(shù)和目標(biāo)橫坐標(biāo)被輸入到閉環(huán)轉(zhuǎn)向控制器中。本發(fā)明使用離散點(diǎn)來描述對于路徑和速度的目標(biāo)，使得優(yōu)化工具的使用是有效的。優(yōu)化是基于車輛的實(shí)際計(jì)算的性能；因此，車輛所沿著的路徑可以與由目標(biāo)(多個)描述的不同。目標(biāo)路徑被簡單地修改以獲得最佳性能。
文檔編號G06G7/48GK101501699SQ200680020469
公開日2009年8月5日 申請日期2006年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者C·保爾松, C·袁, D·A·哈爾, F·F·杰奎琳, R·J·韋克曼 申請人:里卡多公司