[发明专利]一种基于动态规划的城市快速公交节能驾驶控制方法

权利要求书

1.一种基于动态规划的城市快速公交节能驾驶控制方法，其特征在于，包括：

S1：获取道路坡度角、信号灯相位、信号灯窗口时间g_ij和r_ij、目标巡航时间t_target以及车辆状态；其中，所述车辆状态包括当前车辆的初始速度v₀和初始位置s₀，g_ij表示第i个信号灯的第j个绿灯的开始时间，r_ij表示第i个信号灯的第j个红灯的开始时间；

S2：将信号灯窗口时间g_ij和r_ij的约束转化为速度约束；

S3：建立包含目标函数与约束条件的最优控制模型，所述最优控制模型的优化目标包括电机能耗和行驶时间，所述最优控制模型的约束条件包括公交车辆纵向动力学模型、道路限速、电机输出扭矩T_m、速度约束和目标距离；

S4：基于动态规划对所述最优控制模型进行求解，得到最优速度轨迹和巡航时间；

S5：判断巡航时间是否满足准时性要求，若不满足，则基于二分法对巡航时间的权重系数进行调整，根据调整后的权重系数对速度轨迹进行重新规划，重复执行步骤S1-S4，直至巡航时间满足准时性要求；

其中，所述步骤S2包括：

根据车辆当前与信号灯路口的距离和信号灯窗口时间g_ij和r_ij，再与道路限速的速度区间[v_{road_min}，v_{road_max}]求交集，计算对应的速度约束区间[v_min，v_max]，即：

d_i表示车辆距离前方第i个信号灯路口的距离，v_{road_min}表示道路限速的最小值，v_{road_max}表示道路限速的最大值；

所述步骤S3包括：

选取车辆行驶距离s与行驶速度v作为状态变量，选取电机输出扭矩T_m作为控制变量，根据电动车辆动力系统与行驶工况建立公交车辆纵向动力学模型，表示为：

M表示整车质量，E_tire表示轮胎半径，ρ表示空气密度，C_d表示气动阻力系数，A_F表示车辆的迎风面积，f_r表示滚阻系数，g表示重力加速度，θ表示道路坡度角，F_R表示行驶阻力；

根据当前输出转矩与转速计算效率，则电机的功率模型表示为：

其中，P_m表示电机功率，ω_m表示电机转速，η_m表示电机输出转矩作为驱动转矩时的效率，η_e表示电机输出转矩作为制动转矩时的效率；

道路限速的约束表示为：v_min≤v≤v_max； (4)

电机输出扭矩T_m的约束表示为：T_min≤T_m≤T_max； (5)

所述最优控制模型的优化目标包括电机能耗和行驶时间，则目标函数表示为：

其中，α表示巡航时间的权重系数，t_f表示巡航时间；

则包含目标函数与约束条件的最优控制模型表示为：

所述步骤S4包括：

S41：将所述最优控制模型在空间域上进行离散，得到离散后的目标函数，表示为：

其中，t_k表示第k个离散区间的巡航时间，P_k表示离散后的第k个离散区间的电机功率，N表示离散区间数量；α的初始化取值为表示第1个二分区间的下界，表示第1个二分区间的上界；

S42：对式(2)的公交车辆纵向动力学模型进行离散得到：

S43：对道路限速的约束和电机输出扭矩T_m的约束进行离散得到：

S44：对离散后的最优控制模型进行求解，得到最优速度轨迹和巡航时间，表示为：

其中，L(v_k，u(v_k))表示状态转移代价，J^*(v^*(k))表示第k步的最优目标函数值，u^*(k)表示最优控制率，v^*(k)表示最优状态变量，即最优速度轨迹；

所述步骤S5包括：

S51：判断巡航时间是否满足准时性要求，即：

其中，δ表示允许的误差范围；

S52：若巡航时间不满足准时性要求，则根据二分法更新巡航时间的权重系数α，更新过程如下：

其中，将权重系数α更新为

表示第n+1个二分区间的下界，表示第n个二分区间的下界，表示第n+1个二分区间的上界，表示第n个二分区间的下界，n表示迭代次数；

S53：基于式(13)得到的权重系数对速度轨迹进行重新规划，重复步骤S1-S4，直至巡航时间满足准时性要求。