专利名称：用于为电动车辆产生推荐驾驶路线的系统和方法
技术领域：
本公开涉及在具有电动动力传动系的车辆中产生推荐行进路线。
背景技术：
车辆导航系统是一种联网计算机装置，其使用全球定位数据以在地理编码的地图上准确地确定车辆或装置的位置。服务器或主机通常通过道路网络使用最短距离或最快驾驶时间算法并使用相关联的地理空间、地形和道路网络信息计算推荐行进路线。导航系统还可提供至目的地的分路段(turn-by-turn)指示，该指示具有文本和/或语音的形式，且相应的路线轨迹显示在地图上。但是，传统的导航系统当结合新兴的包括电动动力传动系的电池电动车辆和增程式电动车辆设计时可能会以非最优化的方式运行
发明内容
在此披露了导航系统和使用其的方法，用于在电动车辆中使用，诸如电池电动车辆(BEV)、增程式电动车辆(EREV)、或任何其他具有电动动力传动系的车辆。本发明的导航系统部分地通过使用有向图(即，digraph (有向图))方式计算和显示推荐电动车辆(EV)行进路线，即，仅使用电力行进的路线。即，有向图被用于评价至道路网络中的一目的地的全部可能的行进方式。推荐的EV行进路线通过道路网络至目的地，当车辆不能以剩余的电池电力到达其目的地时根据沿途的充电站(即，沿途充电停车点)对行进路线自动修正。即，本发明的导航系统创建道路网络且使其具有全部已知的沿途充电停车点。这些沿途充电停车点被识别为道路网络中的节点，与道路网络中的各个道路路口和其他划分出的兴趣点一样。借助一个或多个电池充电事件移动通过道路网络的多个可能方式随后被生成为顶点(vertice)或节点的列表。地图中的一个节点一直是车辆在道路网络中的当前位置。对于地图上的每一个附加的节点，导航系统的主机生成“接下来可能”节点的列表，即，由车辆在现有的电池电力下从其现有位置节点可到达的节点。现有的路线选择算法和数据库可重复使用，以随着车辆行进通过道路网络而按照需要自动插入更多的沿途充电停车点。这可通过改变地图的顶点/节点的示意以表示随着车辆沿行进路线在途通过而发生的充电事件的顺序。附加地，计算由主机为每一个经评价的节点进行，以确定车辆的剩余EV范围。主机限制接下来被考虑节点(一个或多个)的列表，即在下次迭代中评价的节点的列表，将其限制为仅包括可在初始范围中且按照需要通过任意计划的充电暂停而到达的那些节点。路线因而很大程度上消除了 EV范围上的焦虑，该术语用来描述在到达沿途充电停车点或最终行程目的地之前耗尽电池的顾虑。如果推荐的行进路线在不需要充电事件的情形下可用，该路线可通过主机使用例如现有的最短距离或最快驾驶时间路线选择算法选择，即使沿途充电停车点恰好沿行进路线可用。因此，总是将充电的机会成本考虑在内，其中充电事件作为新的范围限制被处理。地图因此“分层”并随着车辆移动通过道路网络而发展，其中主机将全部此前的充电事件和地图层保持在存储器中，且新的生成的地图被和每一个新的沿途充电停车点相关联。特别地，导航系统披露为用于包括电池和牵引马达的车辆。该系统包括显示装置，以及与地图数据库通信的主机。来自数据库的道路网络信息包括节点，其中每一个节点都描述道路网络中的点。节点中的至少一些描述充电点。主机配置为记录行程目的地，确定电池的剩余充电状态(S0C)，以及使用剩余的SOC计算车辆从每一个节点起的剩余电动车辆(EV)范围。主机还当目的地位于从描述车辆的当前位置的节点起的剩余EV范围内时使用最短距离和最短行进时间方式中的一个产生至目的地的第一推荐仅电(EV)行进路线，以及当目的地位于剩余EV范围之外时产生通过一个或多个沿途充电停车点的至目的地的第二推荐EV行进路线。该路线经由显示器装置显示出。车辆还在此处公开为包括牵引马达、电池、和基本如上所述的导航系统。使用导航系统的方法包括使用系统的显示装置接收行程目的地、使用与显示装置通信的主机记录行程目的地、并使用主机确定电池的剩余充电状态(S0C)。方法还包括针对所述多个节点中的每一个节点按照剩余SOC计算车辆的剩余电动车辆(EV)范围，并当目的地位于从描述车辆的当前位置的节点起的剩余EV范围中时使用最短距离和最短行进时间方式中的一个产生至目的地的第一推荐仅电(EV)行进路线。当目的地位于剩余EV范围之外时产生通过沿途充电停车点(一个或多个)的至目的地的第二推荐EV行进路线。该方法还包括经由显示装置显示第一和第二推荐EV行进路线中的一个。当结合附图时，本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势从下文中用于实施本发明的最佳模式的详尽描述中是轻易地明显的。
图I是包括电动动力传动系和此处描述的导航系统的车辆的示意图。图2是由本发明导航系统产生的地图的示意图。图3是使用图I中的导航系统产生推荐电动车辆(EV)行进路线的示例性方法的流程图。图4是描述用于产生推荐EV行进路线的另一示例性方法的流程图。图5是用于识别在推荐EV行进路线中的道路网络中的邻近节点的示例性方法的流程图。
具体实施例方式参见附图，其中相同的附图标记在若干幅附图中对应相同或相似的部件，图I中示意地示出了示例性车辆10。车辆10包括导航系统50，其可配置为安装在车辆10内的主机或服务器，或替换地为由坐在车辆10中的用户携带的手持装置。在各个实施例中，车辆10可为如下文所述的电池电动车辆(BEV)或增程式电动车辆(EREV)，或包括电动动力传动系的任意其他车辆。如在本领域中所理解的，这样的车辆可仅使用电能驱动，此时其称为电动车辆或EV模式。导航系统50使用本发明的方法100自动地产生和显示具有推荐的EV行进路线的地理编码地图，该方法可实现为记录在有形/非瞬时性存储器25中的一组处理指令或计算机编码。导航系统50执行来自存储器25的方法100，以产生从原点通过地图上的道路网络至目的地点的推荐EV行进路线，如下文中参照图2和3所描述的。具体的示例性实施例也分别经由图4和5中的方法200和300示出。需要的话，路线包括在地图的多个节点处自动计划的用于充电的暂停。在下文中参照图3讨论了方法100的示例性实施例。导航系统50可实现为主机，不论是固定或可携带的，如上所述。例如，导航系统50可包括，一个或多个数字计算机或数据处理设备，每一个都包括一个或多个微处理器或中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦可编程只读存储器(EEPR0M)、高速时钟、模数(A/D)电路、数模(D/A)电路、以及任何需要的输入/输出(I/O)电路和设备，以及信号调制和缓冲电子元件。尽管出于简明和清楚的目的在图I中示出为单个设备，导航系统50的各个元件可按需要分布在众多不同的硬件和软件部件上。在图I中示出的非限制性实施例中，车辆10包括电牵引马达16，该电牵引马达经由马达轴19将马达扭矩提供至变速器14，车辆还包括能量存储系统或电池22，例如相对高压、多单元可充电电池�？�。功率逆变器�？�(ΡΠ018可被经由高压AC总线电连接在电池 22和牵引马达16之间，且被用于将来自马达的AC功率转换成用于在电池22内存储的DC功率，反之亦然。高压DC总线可被电连接在PM18和电池22之间。DC-DC功率转换器(未示出)也可被按照需求地使用，以将DC功率水平增加或降低至适于为各种DC驱动车辆系统所用的水平。当其替换地配置为EREV时，车辆10将包括内燃机(未示出)，内燃机选择性地产生发动机扭矩以对电池22充电。牵引马达16经由输出轴31连接至变速器14 (例如一个或多个齿轮组、离合器等)以及一组驱动车轮32。在其他实施例中，牵引马达16或多个牵引马达16可直接连接至驱动车轮32的一个或多个。仍然参见图1，导航系统50和地理空间数据库12通信，其可如所示地位于车辆10上，或经由遥感或网络源(例如软件程序)被远程地访问。从地理空间数据库12，导航系统50可接收用于生成地图的地理空间信息(箭头11)。在此处使用时，术语“地理空间数据库”指包括多个邻近位置的地理空间数据的地理信息系统。导航系统50经由显示器屏幕52向用户显示推荐EV行进路线。显示器屏幕52可经由图形化路线/地图轨�：�/或基于文本的驾驶指令而图形地或视觉地显示推荐EV行进路线，和/或还可配置有音频扬声器54，其将分路段驾驶指令广播为可听见的语音。至导航系统50的附加输入数据(箭头15)可包括检测到的或输入的路线原点和记录的路线目的地，其可当显示器屏幕52配置为可选的触摸屏装置时经由显示器屏幕52在开始行程之前输入，或使用任何其他合适的输入装置输入。导航系统50使用有向图(B卩，digraph (有向图))产生图2中示出且在下文中讨论的地图。如本领域所理解的，有向图(G)= (V，E)，其中集合(V)代表图(G)的顶点或节点，而集合(E)代表顶点的有序对，S卩，地图的有向边缘。有向边缘(E)继而限定在图(G)的节点之间可能的行程的存在。路线选择函数(F)继而由导航系统50限定，用于路线选择信息集合(0，D, V，E, C)，其中C代表对应于已知沿途充电停车点的节点。参见图2以及图3中示出的流程图，图I中的导航系统50产生了包括多个道路35的道路网络的地图28，其中地图28由多个节点34划界。节点34通常是标定道路35的路口的点和/或沿道路35的一段路程的点。节点标志被分配给地图28中的每一个节点34。移动通过道路网络的各个可能的方式可产生为节点34的列表，包括对应于车辆10的当前位置的节点34和从该当前位置可到达的所有接下来可能的节点。在图2中，单圈标示从原点(O)开始搜索过的节点。双圈标示该节点从充电点(例如点41)开始搜索过。为了清晰仅示出了两层搜索，但是该方法可继续在每一个沿途充电停车点处进行所有节点34的新的搜索。在图3中的步骤102处，图I中示出的导航系统50的用户首先选择路线目的地(点D)。步骤102可经由图I的显示器屏幕52完成，例如经由触摸屏的数据录入，其中图I中的系统50将输入的值记录在存储器25中。也可输入路线原点(点0)，或其可例如使用GPS自动地检测出。在步骤104处，图I中的导航系统50例如通过测量图I中的电池22的当前充电状态(SOC)(箭头21)并随后从该值计算剩余EV范围而获得车辆10从其当前点开始的剩余EV范围。当前/剩余SOC值也记录在图I中示出的系统50的存储器25中。·在步骤106处，导航系统50为具有至少一个充电点(C)(如在图2中由点41示出的)的图(G)中的每一个节点计算在充电事件完成后剩余的范围/能量。出于示例的目的，由箭头40的路径示出了基于距离或时间的传统路线。原点(O)处的EV范围由圈30示出。因此，由箭头40示出的路线，尽管使用传统的算法在距离或行进时间方面是最优的，将制约用户，或在EREV的情形中将需要使用燃料能量以扩大EV范围。在步骤108处，导航系统50确定车辆10是否可在EV模式中到达目的地(点D)。如果可以的话，执行步骤110。如果不行，执行步骤112。在步骤110处，图I中的导航系统50使用任何合适的标准(例如最近距离或最短行进时间)产生推荐的EV行进路线，如由箭头40标示的。在步骤112处，图I中的导航系统50以通过沿途充电停车点41(或更多这样的沿途充电停车点，如果需要的话)的方式产生推荐EV行进路线140，而不考虑将趋向于将车辆10沿非常不同的路线(例如由箭头40标示的路线)引导的任何最优距离或行进时间路线选择算法。因此借助存储器中的所有此前的充电事件(一个或多个)的了解产生新的地图，其中此前搜索过的节点和附加的新搜索过的节点作为地图信息显示。通过这样的方式，新的地图和每一个沿途充电停车点相关联，且地图的顺序取决于用户如何关于充电站行进穿过道路网络而变动。S卩，导航系统50保持追踪全部此前的充电/加油事件，并按照需要通过每一个事件修正行进路线。图3中的步骤106、108和112的循环可随后按需要继续多次，继续的次数和相应的地图层的数目相同，以总是在需要时将车辆10朝向沿途充电停车点引导，或在不再需要充电时朝向目的地点(D)引导。如果系统50可寻找到至目的地(D)的路线，不论是否存在沿该路线的沿途充电停车点都进行该寻找。参见图4，示出了示例性方法200，用于确定移动通过给定的道路网络的机会成本，并由此实施上述的方法100。变量被如下地定义，用于定义给定变量的实际简略表达方法(shorthand)是编程时的偏好，因此可变动geoG0AL=路线的目标的物理位置；
START=开始点的位置和代表在道路网络中可用的充电站的空列表；C、F=空集；0=包含START的集合； Cscoee, gSC0EE> hSC0EE, fSC0EE=从相应的地理位置和充电位置列表至实数的映射；在步骤202处，Cscoee[START]设定为等于0，和gsraiE[START] —样。h謂E是到达位置geo·处的距离或成本的启发式估计。此外，fs_[START]设置为等于匕· [START]。使得came_from为从地理位置和充电位置列表至另外的地理位置和充电位置列表的映射。一旦以该方式设定了全部变量，方法200行进至步骤204。在步骤204处，图I中的系统50确定集合O是否为空。如果是，方法200行进至步骤206。否则，方法200行进至步骤208。 在步骤206处，系统50返回不存在路径的指示。在步骤208处，变量X定义为集合O中使函数fs_[x]最小的项。在步骤210处，系统50确定(X)的地理位置是否和geoTOAL的一样。如果是，方法100行进至步骤212。否则，方法100行进至步骤214。在步骤212处,系统50使用came_from (参见步骤202)返回从(X)至开始的路径，以构造路径。在步骤214处，系统50将(X)从集合O中移除，并将(X)添加至集合C，继而行进至步骤216。在步骤216处，将N建立为基于csa)KE (X)的值可从(X)到达的网络中的邻接节点的集合。在N建立后，方法200行进至步骤218。在步骤218处，图I中的系统50确定集合N是否为空。如果是，重复步骤204。如果不是，方法100行进至步骤220。在步骤220处，集合N中的项(y)被从集合N中移除。在步骤222处，系统50确定(y)是否在集合C中。如果是，则重复步骤218。如果不是，方法200行进至步骤224。在步骤224处,系统设定变量tentative_gSCMKE等于gSCMKE (x)加上从(x)至(y)的行进成本加上充电成本，如果需要充电的话。在步骤226处，系统50确定(y)是否在集合O中。如果是，则方法100行进至步骤228。否则，重复步骤218。在步骤228处，(y)被添加至集合O。方法100行进至步骤232。在步骤230处，图I中的系统50确定tentative_gSCMKE是否小于g_saffiE(y)。如果是的话，方法100行进至步骤232，否则重复步骤218。在步骤232处，came_from (y)的值设定为等于(x)。方法100随后行进至步骤234。在步骤234处，g謂E (y)的值设定为等于tentative_gSCMKE。hSCMKE设定为从(y)至目的地的行进成本的启发式估计，且fsraiE (y)设定为等于gsa)KE (y)和hSCMKE (y)的和。在步骤236处，系统50确定从(X)至(y)的过渡是否包括充电。如果是，方法200行进至步骤238。否则，方法200行进至步骤240。在步骤238处，Cscoee (y)设定为0，而方法200重复步骤218。
在步骤240处，Cscoee (y)的值设定为从(x)至(y)的行进成本和Ccqst (x)的值的和。方法200随后重复步骤218。参见图5，示出了示例性方法300，用于确定道路网络中的邻近节点。在步骤302处，变量X设定为地理位置和此前充电位置列表。Csraffi设定为从如在(X)中的那些点至实数的映射。S初始时是空集。Chargex是至当前地理位置(geox)且包括其在内的行程中车辆的全部充电位置的历史记录。A是物理连接至geox的全部点的集合。在步骤304处，图I中的系统50确定A是否为空集。如果是，方法300行进至步骤314。否则，方法300行进至步骤306。在步骤306处，集合A中的项(y)从A中移除，且方法300行进至步骤308。
在步骤308处，系统50确定cSOTiE (x)加上从(x)的位置至(y)的位置的行进成本是否小于范围阈值。如果是，方法300行进至步骤310。否则，方法300行进至步骤304。在步骤310处，变量full_y设定为(y)的物理位置和在到达(y)之前的充电历史记录的组合。在步骤312处，full_y被添加至集合N，且方法300重复步骤304。在步骤314处，图I中的系统50确定在(X)的位置处是否能够发生充电。如果是，方法300行进至步骤316。否则，方法300重复步骤304。在步骤316处,变量new_charging_history包括充电位置的历史记录,其中(X)的位置在该步骤中添加至该列表。在步骤318处，new_y设定为(X)的位置和new_charging_history(参见步骤316)的组合。在步骤320处，系统50将new_y添加至集合N，并行进至步骤322。在步骤322处，系统50返回集合N，其可显示为路线上的节点。尽管上述方法能够产生路线，仍然可通过仅搜索地图的一部分用于满足充电事件之间的范围要求的可行路线而改进该方法。该方法可从类似算法A*这样的算法开始创建，所述算法A*常见地用于寻找两个位置之间的最短路径。如本领域中所理解的，A*使用最佳优先(best-first)搜索并寻找从给定的初始节点起至一个或多个可能的目的地中的一个目标节点的最低成本路径。A*使用距离-加-成本启发式函数f(x)来确定搜索访问节点的顺序。距离-加-成本启发是路径-成本函数(即从开始节点至当前节点的成本)g(x)和至目的地的距离的“启发式估计” h(x)的和。在修正A*算法时，图和行程中的每一个点都不仅代表节点的物理位置，还代表在到达该特定的节点之前的充电位置的历史记录。此外，由于充电产生成本，当计算路线时，一些正的成本被分配至每一个充电事件。图4中示出且在下文中描述了用于计算路线的示例性流程图。针对诸如该问题的路线产生的附加的复杂性在于确定物理连接的邻近节点何时由于诸如范围或能量的限制而不能到达。该问题通过追踪从上一充电事件起消耗的能量或范围的量、并在选择可发生行进的邻近点时使用该信息而解决。图5中示出了完成其的流程图。通过改变有向图中的顶点(V)的示意以表示车辆10的物理位置以及沿推荐的行进路线已经发生的充电事件的顺序而自动插入沿途充电停车点，可重复使用现有路线选择算法和数据库。为每一个评价过的节点添加计算，其中车辆10的剩余范围被确定。导航系统50可限制考虑的下一个点为仅包括基于初始范围和充电暂�？傻酱锏牡恪Ｍü庋姆绞剑喽杂谥钊缪刈罴丫嗬�/最佳行进时间路线或在其经校准的范围内搜索充电站的传统算法，可以消除范围上的焦虑。尽管已经对用于实施本发明的最佳模式进行了详尽的描述，对本发明所涉及的领 域熟悉的技术人员将辨识出在所附的权利要求内用于实施本发明的各种可替换设计和实施例。
权利要求
1.一种车辆,其包括 电池； 牵引马达，配置为使用来自电池的能量电推进车辆；和 导航系统，用于包括牵引马达的车辆，该导航系统包括 显示装置；和 主机，与包括描述地理编码的道路网络的信息的地图数据库通信，其中，该道路网络包括多个节点，每一个节点都描述该道路网络内的一个点，且其中，至少一些节点描述能使电池被再充电的沿途充电停车点，其中，该主机配置为 记录行程目的地； 确定电池的剩余充电状态(SOC)； 使用剩余SOC为所述多个节点中的每一个节点计算车辆的剩余电动车辆(EV)范围； 当该目的地位于从描述该车辆的当前位置的节点起的剩余EV范围中时，使用最短距离和最短行进时间方式中的一个产生至目的地的第一推荐仅电(EV)行进路线； 当目的地位于剩余EV范围之外时产生通过至少一个沿途充电停车点的至目的地的第二推荐EV行进路线；和 经由显示装置显示第一和第二推荐EV行进路线中的一个。
2.如权利要求I所述的车辆，其中，所述主机配置为通过以下确定第二推荐EV行进路线将所述多个节点中的接下来被考虑节点的列表限制为，仅包括基于车辆当前SOC和来自任何沿途充电停车点的位于剩余EV范围内的任何沿途充电停车点而能被车辆到达的节点。
3.如权利要求2所述的车辆，其中，所述主机执行A*算法，来搜索接下来被考虑节点的列表。
4.如权利要求I所述的车辆，其中，所述主机配置为使用为每一个沿途充电停车点计算的剩余EV范围修正第二推荐EV行进路线。
5.如权利要求I所述的车辆，其中，所述主机配置为记录随着车辆行进至目的地的充电事件的序列，并响应于充电事件的完成而更新接下来可用节点的列表。
6.一种在车辆中使用导航系统的方法，所述车辆包括电池和牵引马达以使用来自电池的能量电推进车辆，该方法包括 使用该系统的显示装置接收行程目的地； 使用与显示装置通信的主机记录该行程目的地； 使用该主机确定电池的剩余充电状态(S0C)，其中，所述主机与包括描述地理编码的道路网络的信息的地图数据库通信，所述地理编码的道路网络包括多个节点，每一个节点都描述所述道路网络内的一个点，且其中至少一些节点描述沿途充电停车点； 按照剩余SOC针对所述多个节点中的每一个节点计算车辆的剩余电动车辆(EV)范围；当该目的地位于从描述该车辆的当前位置的节点起的剩余EV范围中时，使用最短距离和最短行进时间方式中的一个产生至目的地的第一推荐仅电(EV)行进路线； 当目的地位于剩余EV范围之外时产生通过至少一个沿途充电停车点的至目的地的第二推荐EV行进路线；和 经由显示器装置显示第一和第二推荐EV行进路线中的一个。
7.如权利要求6所述的方法，其中，产生第二推荐EV行进路线包括将所述多个节点中的接下来被考虑节点的列表限制为，仅包括基于车辆当前SOC和来自任何沿途充电停车点的位于剩余EV范围内的任何沿途充电停车点而能被车辆到达的节点。
8.如权利要求7所述的方法，还包括使用A*算法来搜索接下来被考虑节点的列表。
9.如权利要求6所述的方法，还包括使用为每一个沿途充电停车点计算的剩余EV范围修正第二推荐EV行进路线。
10.如权利要求6所述的方法，还包括记录随着车辆行进至目的地的充电事件的顺序，且响应于充电事件的完成而更新接下来可用节点的列表。
全文摘要
本发明涉及用于为电动车辆产生推荐驾驶路线的系统和方法。用于车辆的导航系统包括显示装置和主机。主机和包括描述地理编码的道路网络的信息的地图数据库通信。该网络包括节点，每一个节点描述网络内的一个点，其中一些节点描述沿途充电停车点。主机执行方法，包括记录行程目的地、确定电池的剩余充电状态(SOC)、以及使用针对每一个节点的剩余SOC计算车辆的剩余电动车辆(EV)范围。当目的地位于剩余EV范围内时主机使用最短距离或行进时间方法产生至目的地的第一推荐EV行进路线。当目的地位于剩余EV范围之外时，主机产生通过沿途充电停车点(一个或多个)的至目的地的第二推荐EV行进路线。该EV路线经由显示装置显示出。
文档编号G01C21/34GK102889894SQ201210249308
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者小爱德华.D.泰特 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司
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