[發明專利]一種基于分層式車速規劃的車輛節能駕駛方法

有效

• 申請號: 202010634771.1
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111791887B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 孫超;張春濤;李軍求;孫逢春
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B60W30/14
• 分類號: B60W30/14;B60W30/16
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 宋紅賓

1.一種車輛節能車速規劃方法，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，構建車輛行駛道路模型；

二、結合車輛動力學特性，構建由能量消耗和駕駛時間組成的價值函數，應用優化算法計算長期最優行駛策略；

優化算法為：動態規劃算法、分布估計算法和遺傳算法的其中一種；

最優行駛策略包括：行駛距離-時間軌跡和行駛距離-車速軌跡，基于計算結果可以轉化為時間-車速軌跡、時間-行駛距離軌跡，輸入短期車速規劃引導層；

步驟二具體為：

S21：基于車輛信息，獲得發動機轉矩、發動機轉速、制動力和變速器擋位范圍約束，結合步驟一中計算得到的行駛車速和行駛加速度范圍約束，構建長期車速規劃優化約束條件；

S22：長期車速規劃構建由燃油消耗率和行駛時間組成的價值函數，通過調節權重因子比例可以使長期車速規劃實現能耗最優或駕駛時間最短；

S23：應用長期車速規劃優化方法，求解每一步長下使得價值函數最小化的長期車速規劃控制變量，并得到此時的長期車速規劃狀態變量，迭代求解，可以獲得長期車速規劃最優行駛策略；

長期車速規劃控制變量指的是發動機轉矩、制動力和變速器擋位；

長期車速規劃狀態變量指的是行駛時間、車輛速度；

三、獲取當前路段路況信息，構建車輛實時道路環境模型；

四、以長期最優行駛策略為引導層，計算車輛在實時交通環境中的短期最優車速和最優行駛車道；

五、判斷長、短期車速規劃的協調程度，輸出重規劃指令，更新短期車速規劃的引導層。

2.根據權利要求1所述的一種車輛節能車速規劃方法，其特征在于：所述步驟一具體為：

S11：獲取智能網聯車輛規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實時車流車速信息預測各路段未來平均車速；

S13：將基于數據預測的各路段平均車速與道路限速、道路路面情況限速相結合，求取各路段合理行駛車速和加速度范圍。

3.根據權利要求1所述的一種車輛節能車速規劃方法，其特征在于：所述步驟三具體為：

S31：獲取自車車輛狀態，包括車輛位置、車輛速度、車輛當前行駛車道；獲取車輛與當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生危險的車道，構建可安全換道車道集。

4.根據權利要求1所述的一種車輛節能車速規劃方法，其特征在于：所述步驟四具體為，

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

S42：采用有限時域滾動優化的方法，計算各車道的車輛跟馳價值函數；

S43：比較各車道的車輛跟馳價值函數值，選擇最優行駛車道，并給出相應的短期最優車速、驅動力矩、制動力；

短期車速規劃狀態變量包括：距當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；

短期車速規劃控制變量包括：發動機轉矩、制動力、變速器擋位和行駛車道。

5.根據權利要求4所述的一種車輛節能車速規劃方法，其特征在于：S42中有限時域滾動優化時，采用包括：序列二次規劃算法、內點法、牛頓法、遺傳算法的其中一種對車輛跟馳價值函數進行求解。

6.根據權利要求4所述的一種車輛節能車速規劃方法，其特征在于：S41中車輛跟馳價值函數構建時，指標包括：跟馳行駛安全、引導層的跟隨程度、駕駛舒適性、交通信號燈規則和行駛能耗。

7.根據權利要求1所述的一種車輛節能車速規劃方法，其特征在于：所述步驟五具體為，

S51：車輛執行短期車速規劃的結果，在全局時間下，采集此時的車輛實際行駛距離和引導層參考行駛距離，計算出行駛距離偏差值；

S52：根據車輛的動力性能和此時車輛運行狀態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，則進行重規劃；此外，若行駛任務發生變更時，長期車速規劃同樣進行重規劃，每次重規劃完成后，均根據長期車速的重規劃結果更新短期車速規劃的引導層；否則，不做更改。