[發明專利]基于道路坡度和曲率的四驅電動車速度優化控制方法

有效

• 申請號: 201710122719.6
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN107097791B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 武冬梅;鄭敏;袁佳威;鄧博倫;何威倫;易雨謙;盧金儀;江逸洵
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B60W50/00
• 分類號: B60W50/00;B60W40/105;B60W40/107;B60W40/109
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡琳萍

本發明公開了一種四驅電動汽車行駛車速優化控制方法，該方法綜合考慮行駛路徑范圍內的道路坡度和曲率信息，使汽車在保證安全性的前提下，在給定路徑行駛過程中的能量消耗最小。包括以下步驟：通過GPS（Global Positioning System）和GIS（Geographic Information System）等信息系統獲取道路坡度和曲率信息；考慮道路坡度信息，結合車輛狀態，建立縱向動力學預測模型，建立能耗目標函數；考慮道路曲率信息，設計安全性的約束條件，描述模型預測控制問題；利用動態規劃算法求解模型預測控制問題，得到車速優化軌跡。通過上述方式，本發明能夠綜合道路工況信息，得到優化目標車速和轉矩，用于四驅電動汽車的動力學控制，提高行駛經濟性和安全性。

技術領域

本發明涉及汽車速度優化控制領域，特別是考慮道路坡度和曲率信息的四驅電動車速度優化控制方法。

背景技術

自環境和能源問題受到關注以來，汽車的經濟性一直都是國內外的一個研究重點。汽車的經濟性除了與車輛本身的性能有關，還受行駛道路和工況的影響。因此，近年來有學者研究考慮道路坡度信息的預測巡航控制，對于重型卡車在坡度變化較大、較為頻繁的路段，經濟性提升效果非常明顯。Daimler Chrysler公司基于傳統的自適應巡航系統，根據GPS導航，結合3D數字地圖，提前獲取前方道路坡度的信息，進行預測巡航控制，運行優化算法，優化車輛的速度變化軌跡，從而提高車輛經濟性。

同時電動汽車目前被認為是解決環境和能源問題的一個重要途徑，四輪驅動電動汽車由于其更好的動力學可控性，近年來越來越受到關注。利用電動化和線控化的驅動系統，考慮道路和工況，研究四輪驅動電動汽車的速度優化控制，降低行駛路徑上的能量消耗，對于提高四輪驅動電動汽車的經濟性具有重要意義。除了道路的坡度對于車輛的經濟性有影響，當車輛在彎道上行駛時，車速對于車輛的側向穩定性能有較大影響，因此有必要考慮道路的曲率信息進行速度優化控制，以提高車輛的行駛安全性和經濟性。目前國內外針對道路信息的速度優化控制和預測巡航控制，主要是考慮道路的坡度信息，對于道路的曲率信息考慮較少，尤其是對四輪驅動電動汽車的研究更少。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種四驅電動汽車速度優化控制方法，該方法綜合考慮道路坡度和曲率信息，在保證彎道行駛安全性的條件下，使電動汽車在給定行駛路徑上的能量消耗最小，能夠顯著提高汽車的經濟性和安全性。

本發明為解決上述技術問題，采用以下技術方案：

一種基于道路坡度和曲率的四驅電動車速度優化控制方法，其特征在于包括如下步驟：

1)車輛在具有彎道和坡度的路況下保持行駛狀態，ECU通過GPS和GIS獲得道路信息和車輛狀態信息；其中，車輛狀態信息包括車輛的位置、速度、加速度，道路信息包括前方道路的坡度、曲率；

2)ECU根據獲得的道路坡度、曲率信息和車輛狀態信息建立縱向動力學模型以及系統狀態方程，在此基礎上結合行駛過程中的能量計算方法，建立關于消耗能量和行駛時間的優化目標函數；同時，ECU根據獲得的道路曲率信息設定道路側向極限穩定條件，并且根據道路坡度信息設定彎道行駛過程中的安全車速，實現安全車速約束；

3)在步驟2)的基礎上進行模型預測控制優化，根據總能量需求最小化的目標，將行駛路程離散化，設置預測域和預測周期找到每一個預測周期內所達到的目標車速以及所需要的目標轉矩，并考慮彎道上的安全車速范圍，得到汽車的最優車速軌跡。

上述技術方案中，步驟2)在等速圓周行駛條件下，通過道路曲率得到轉彎半徑，根據路面附著條件得到地面所能提供的最大側向力，進而得到最高車速限制實現安全車速約束。

上述技術方案中，步驟2)道路側向極限穩定條件為：考慮道路的曲率和附著條件，根據車輛的側向狀態，以保證彎道行駛的安全性為前提，設計車輛的安全限制車速，使車輛不發生側向失穩，即需要滿足：