[發(fā)明專利]一種基于分層式車速規(guī)劃的車輛節(jié)能駕駛方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010634771.1
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111791887B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫超;張春濤;李軍求;孫逢春
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: B60W30/14
• 分類號: B60W30/14;B60W30/16
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 宋紅賓

1.一種車輛節(jié)能車速規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

一、獲取車輛擬行駛路徑全程各路段的道路信息和交通信息，構(gòu)建車輛行駛道路模型；

二、結(jié)合車輛動力學(xué)特性，構(gòu)建由能量消耗和駕駛時間組成的價值函數(shù)，應(yīng)用優(yōu)化算法計算長期最優(yōu)行駛策略；

優(yōu)化算法為：動態(tài)規(guī)劃算法、分布估計算法和遺傳算法的其中一種；

最優(yōu)行駛策略包括：行駛距離-時間軌跡和行駛距離-車速軌跡，基于計算結(jié)果可以轉(zhuǎn)化為時間-車速軌跡、時間-行駛距離軌跡，輸入短期車速規(guī)劃引導(dǎo)層；

步驟二具體為：

S21：基于車輛信息，獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)矩、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、制動力和變速器擋位范圍約束，結(jié)合步驟一中計算得到的行駛車速和行駛加速度范圍約束，構(gòu)建長期車速規(guī)劃優(yōu)化約束條件；

S22：長期車速規(guī)劃構(gòu)建由燃油消耗率和行駛時間組成的價值函數(shù)，通過調(diào)節(jié)權(quán)重因子比例可以使長期車速規(guī)劃實現(xiàn)能耗最優(yōu)或駕駛時間最短；

S23：應(yīng)用長期車速規(guī)劃優(yōu)化方法，求解每一步長下使得價值函數(shù)最小化的長期車速規(guī)劃控制變量，并得到此時的長期車速規(guī)劃狀態(tài)變量，迭代求解，可以獲得長期車速規(guī)劃最優(yōu)行駛策略；

長期車速規(guī)劃控制變量指的是發(fā)動機轉(zhuǎn)矩、制動力和變速器擋位；

長期車速規(guī)劃狀態(tài)變量指的是行駛時間、車輛速度；

三、獲取當(dāng)前路段路況信息，構(gòu)建車輛實時道路環(huán)境模型；

四、以長期最優(yōu)行駛策略為引導(dǎo)層，計算車輛在實時交通環(huán)境中的短期最優(yōu)車速和最優(yōu)行駛車道；

五、判斷長、短期車速規(guī)劃的協(xié)調(diào)程度，輸出重規(guī)劃指令，更新短期車速規(guī)劃的引導(dǎo)層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車輛節(jié)能車速規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟一具體為：

S11：獲取智能網(wǎng)聯(lián)車輛規(guī)劃行駛路徑上各路段的道路信息和交通信息；

道路信息包括：道路限速信息、道路坡度信息、道路路面信息和信號燈位置信息；

交通信息包括：各紅綠燈相位和定時信息、各路段歷史同期平均車速信息和當(dāng)前道路車流車速信息；

S12：利用各路段歷史同期平均車速信息或?qū)崟r車流車速信息預(yù)測各路段未來平均車速；

S13：將基于數(shù)據(jù)預(yù)測的各路段平均車速與道路限速、道路路面情況限速相結(jié)合，求取各路段合理行駛車速和加速度范圍。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車輛節(jié)能車速規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟三具體為：

S31：獲取自車車輛狀態(tài)，包括車輛位置、車輛速度、車輛當(dāng)前行駛車道；獲取車輛與當(dāng)前一個信號燈的距離及信號燈的相位和定時信息；

S32：獲取周圍車輛的加速度、速度、位置信息；

S33：判斷周圍車道是否可安全換道，剔除換道可能與后車產(chǎn)生危險的車道，構(gòu)建可安全換道車道集。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車輛節(jié)能車速規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟四具體為，

S41：基于步驟三構(gòu)建的可安全換道車道集，選擇短期車速規(guī)劃狀態(tài)變量和短期車速規(guī)劃控制變量，構(gòu)建各車道的車輛跟馳價值函數(shù)；

S42：采用有限時域滾動優(yōu)化的方法，計算各車道的車輛跟馳價值函數(shù)；

S43：比較各車道的車輛跟馳價值函數(shù)值，選擇最優(yōu)行駛車道，并給出相應(yīng)的短期最優(yōu)車速、驅(qū)動力矩、制動力；

短期車速規(guī)劃狀態(tài)變量包括：距當(dāng)前一個信號燈的距離、與前車距離、自車行駛距離和自車速度；

短期車速規(guī)劃控制變量包括：發(fā)動機轉(zhuǎn)矩、制動力、變速器擋位和行駛車道。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種車輛節(jié)能車速規(guī)劃方法，其特征在于：S42中有限時域滾動優(yōu)化時，采用包括：序列二次規(guī)劃算法、內(nèi)點法、牛頓法、遺傳算法的其中一種對車輛跟馳價值函數(shù)進行求解。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種車輛節(jié)能車速規(guī)劃方法，其特征在于：S41中車輛跟馳價值函數(shù)構(gòu)建時，指標包括：跟馳行駛安全、引導(dǎo)層的跟隨程度、駕駛舒適性、交通信號燈規(guī)則和行駛能耗。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車輛節(jié)能車速規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟五具體為，

S51：車輛執(zhí)行短期車速規(guī)劃的結(jié)果，在全局時間下，采集此時的車輛實際行駛距離和引導(dǎo)層參考行駛距離，計算出行駛距離偏差值；

S52：根據(jù)車輛的動力性能和此時車輛運行狀態(tài)計算行駛距離偏差閾值，將實際行駛距離偏差值和行駛距離偏差閾值做比較；

S53：若實際行駛距離偏差值超過閾值，則進行重規(guī)劃；此外，若行駛?cè)蝿?wù)發(fā)生變更時，長期車速規(guī)劃同樣進行重規(guī)劃，每次重規(guī)劃完成后，均根據(jù)長期車速的重規(guī)劃結(jié)果更新短期車速規(guī)劃的引導(dǎo)層；否則，不做更改。