[發明專利]一種考慮節能的城市公交車運行軌跡優化方法

有效

• 申請號: 201710264660.4
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107067710B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 暨育雄;王維旸;張智明
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G08G1/00
• 分類號: G08G1/00;G06Q10/04
• 代理公司: 31225 上海科盛知識產權代理有限公司
• 代理人: 宣慧蘭<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種考慮節能的城市公交車運行軌跡優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將當前公交車運行位置至運行計劃規定的停站點之間的運行區間依次按道路特征劃分為連續的多個子區間，道路特征包括坡度路段、限速路段和交叉口路段，并將道路特征對應屬性值賦予每個子區間；

2)根據劃分后的子區間構建考慮節能因素的城市公交車駕駛策略雙層優化計算模型，所述的步驟2)中，城市公交車駕駛策略雙層優化計算模型包括上層模型和下層模型，上層模型的輸出包括各個子區間的入口速度、出口速度和子區間運行時間三類，作為下層模型的輸入，下層模型輸出優化軌跡返回給上層模型；

所述的上層模型以最小化公交車站間消耗的總能耗E為目標函數，其表達式為：

其中，E_i為各個子區間的公交車總能耗，n為公交車運行的站間子區間個數；

所述的上層模型的約束條件為：

對于任意第i個子區間的入口速度v_in，i和出口速度v_out，i大于0且小于線路限速V_lim，i約束：

對于任意第i個子區間的出口速度v_out，i滿足在入口速度為v_in，i時的可達到的最大速度v_u，i與最小速度v_l，i約束：

v_l，i≤v_out，i≤v_u，i，i＝1，2，...，n；

對于任意第i個子區間的運行時間T_i有意義約束：運行時間T_i在入口速度v_in，i、出口速度v_out，i條件下的最小允許運行時間t_l，i與最大允許運行時間t_u，i之間：

t_l，i≤T_i≤t_u，i，i＝1，2，...，n；

交叉口前的子區間運行時間之和滿足信號燈約束：

-t_Δ+k*t_c≤T_j≤-t_Δ+k*t_c+t_g，j＝1，2，...，m；

其中，m為站間交叉口個數，j為交叉口序號，k為交叉口的可行的周期數，t_c為交叉口的信號配時周期，t_g為交叉口的綠燈時長，t_Δ為交叉口發車時刻之前的第一個周期開始時刻與發車時刻之差，T_j為車輛到達第j個交叉口的時刻；

所述的下層模型中，

對于第i個子區間，下層模型的目標函數為：

min E_i＝J_1，i+J_2，i

J_2，i＝p_t*T_i

其中，J_1，i為公交車在該子區間的車輛運動能耗，J_2，i是公交車在該子區間的運行固定能耗，M_bus為公交車車輛質量，M_load為公交車負載質量，η_t為公交車傳動系統效率，x_in，i、x_out，i為第i個子區間的入口與出口位置，ρ為公交車再生制動回收率，p_t為電子負載功率，x為公交車車輛位置，u(x)為在該位置的控制力輸出，當u(x)＞0時，為發動機輸出，當u(x)＜0時，為制動系統輸出，當u(x)＝0時，公交車處于無動力滑行狀態；

所述的下層模型中，公交車在該子區間運行，滿足以下約束條件：

①公交車車輛在該子區間的單位質量控制力輸出滿足車輛動力學約束條件：

U_-[v(x)]≤u(x)≤U₊[v(x)]

該式表示在公交車車輛位于位置x時的車速為v(x)條件下，該位置的單位質量控制力輸出在單位質量最大動力U₊[v(x)]與單位質量最大制動力U_-[v(x)]之間；

②公交車車輛在子區間的運行狀態轉移應滿足車輛運動學微分方程：

a(x)＝u(x)-r[v(x)]+G(x)

其中：t(x)為公交車位于位置x處的運行時間，r[v(x)]為公交車運行阻力減速度，G(x)為坡度附加加速度，a(x)為公交車運行實際的加速度，g為重力加速度，f為滾動阻力系數，C_D為空氣阻力系數，A為車輛迎風面積，γ為車輛旋轉質量換算系數，θ為車輛在位置x處的坡度值；

③公交車車輛在該子區間的行駛狀態滿足該子區間優化子模型的輸入：

v(x_in，i)＝v_in，i

v(x_out，i)＝v_out，i

3)對城市公交車駕駛策略雙層優化計算模型進行求解，最終獲得當前公交車運行位置至運行計劃規定的停站點之間的運行區間的優化軌跡。