[發(fā)明專利]兩交叉口間加速?勻速?減速三段式駕駛模式的節(jié)能方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610412728.4
• 申請日: 2016-06-13
• 公開（公告）號(hào): CN105882658B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李升波;林慶峰;杜雪瑾;郭強(qiáng)強(qiáng);成波;張小雪;李克強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): B60W30/18
• 分類號(hào): B60W30/18;B60W30/188;B60W10/06
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11201
• 代理人: 廖元秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于汽車駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種擋位連續(xù)型車輛在兩交叉口間的加速-勻速-減速三段式駕駛模式的節(jié)能方法。

背景技術(shù)

當(dāng)下我國能源緊缺、大氣污染嚴(yán)重，節(jié)能與環(huán)保技術(shù)已經(jīng)成為汽車行業(yè)的研究重點(diǎn)，也受到國家和政府的高度重視。國務(wù)院頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中指出，乘用車平均百公里油耗至2020年須從2010年的7.71L降至5L?！?014－2015年節(jié)能減排低碳發(fā)展行動(dòng)方案》中指出，單位GDP二氧化碳排放量兩年分別下降4％、3.5％以上，這對汽車提出了更為嚴(yán)格的節(jié)能減排要求。實(shí)際上，車輛的行駛油耗不僅與車輛本身相關(guān)，與駕駛員的駕駛方式也密不可分。研究表明，經(jīng)濟(jì)性駕駛行為可平均降低燃油約10％。加速-勻速-減速三段式駕駛模式是車輛行駛的典型駕駛模式，尤其在經(jīng)濟(jì)性駕駛場景多信號(hào)交叉口的條件下，該駕駛模式是車輛行駛的基本駕駛單元，其停車再啟動(dòng)過程是導(dǎo)致油耗增加的重要原因。因此探索三段式駕駛模式的節(jié)能操作方式對降低行車油耗具有積極意義。

目前，我國學(xué)者主要研究了車輛在一般行車意義下的節(jié)能駕駛策略，通過構(gòu)建相關(guān)車輛模型及基于該模型的最優(yōu)控制問題，求解優(yōu)化的駕駛策略。本申請發(fā)明人清華大學(xué)李升波等研究了檔位離散型車輛的經(jīng)濟(jì)性加速策略，指出過于激進(jìn)或過于平緩的加速均會(huì)造成經(jīng)濟(jì)性變差。徐少兵等針對配備CVT(檔位連續(xù)型)型變速器的車輛，采用偽譜法研究其經(jīng)濟(jì)性加速策略，該研究表明：(1)經(jīng)濟(jì)性加速策略本質(zhì)上是提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率和降低風(fēng)阻能耗的整體協(xié)調(diào)優(yōu)化；(2)最優(yōu)加速策略是與發(fā)動(dòng)機(jī)特性和目標(biāo)末速度密切相關(guān)的動(dòng)態(tài)策略；(3)過于激烈或平緩的加速度都會(huì)使油耗增大。徐少兵等采用的偽譜法是一種最優(yōu)控制方法，它采用全局配點(diǎn)法，相較于其他傳統(tǒng)配點(diǎn)法、打靶法等直接法具有更好的求解精度和收斂速度，但其求解速度仍然難以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。且目前國內(nèi)的研究僅局限于車輛加速過程，并沒有針對特定駕駛場景提出一種有效的節(jié)油駕駛策略。

國外學(xué)者雖針對車輛在多信號(hào)交叉口間行駛進(jìn)行油耗優(yōu)化策略的研究，但也存在油耗模型簡單、未考慮車輛動(dòng)力學(xué)模型等缺點(diǎn)。2012年，Henry X.Liu等發(fā)表的學(xué)術(shù)論文中提出了應(yīng)用多階段最優(yōu)控制法求解多信號(hào)交叉口間車輛最優(yōu)速度控制問題。為簡化計(jì)算過程，該論文假設(shè)車輛在行駛過程中盡可能以經(jīng)濟(jì)性速度行駛，且加速度在同一加速階段內(nèi)恒定(不同加速階段的加速度可不同)，將該方法與應(yīng)用通用偽譜法最優(yōu)控制軟件(General Pseudo-spectral Optimal Control Software,GPOPS)求解、不采取優(yōu)化策略求解的三種結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)解析法可節(jié)油70％，GPOPS求解結(jié)果可節(jié)油64％，且解析法的計(jì)算時(shí)間遠(yuǎn)小于GPOPS法。但該論文采用了簡化的油耗模型，即以車輛速度、加速度等計(jì)算車輛的瞬時(shí)需求功率，進(jìn)而查表得到汽車的行駛油耗。它的優(yōu)點(diǎn)是模型簡潔，便于實(shí)驗(yàn)獲取，缺點(diǎn)是無法準(zhǔn)確的反映發(fā)動(dòng)機(jī)噴油特性，模型精度低。Galpin Thomas等采用最短路徑算法(Dijkstra algorithm)給出了車輛通過多信號(hào)交叉口的油耗最優(yōu)的行駛路徑。但該論文忽略了車輛的縱向動(dòng)力學(xué)模型，假設(shè)車輛在兩信號(hào)交叉口之間勻速行駛，且使用簡單經(jīng)驗(yàn)公式(假設(shè)油耗為速度、加速度的函數(shù))計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)油耗，不能準(zhǔn)確反映發(fā)動(dòng)機(jī)在行車過程中的實(shí)際耗油。SanjibanKundu等提供了車輛通過信號(hào)交叉口的三種速度控制算法，通過給定的三種規(guī)則，進(jìn)行仿真研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)保證車輛在綠燈區(qū)間通過，且盡可能使車輛以經(jīng)濟(jì)性速度(可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性圖和車輛參數(shù)得到)行駛的節(jié)油效果最優(yōu)，對于單個(gè)車隊(duì)可節(jié)油10％。不足之處仍在于油耗模型簡單，不能反映實(shí)際油耗，且未考慮車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型。目前，對于裝備了CVT型變速器的車輛加速-勻速-減速三段式節(jié)油優(yōu)化方法的理論研究基本空白，一個(gè)重要的原因在于發(fā)動(dòng)機(jī)油耗的不連續(xù)性，使得加速階段建立的最優(yōu)控制模型不連續(xù)(隸屬于混合整型問題)，理論和數(shù)值求解均十分困難。另一原因在于如何綜合考慮加速-勻速-減速這三個(gè)階段還有待研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為解決已有技術(shù)存在的問題，提出兩交叉口間加速-勻速-減速三段式駕駛模式的節(jié)能方法，用于裝備CVT型變速器的車輛。本發(fā)明的車輛的加速-勻速-減速三段式駕駛節(jié)能方法指合理地控制發(fā)動(dòng)機(jī)功率，使得加速階段發(fā)動(dòng)機(jī)油耗最小。與傳統(tǒng)的節(jié)能方法相比，本發(fā)明方法具有較高的計(jì)算精度、較快的計(jì)算速度及較強(qiáng)的節(jié)油能力。