[发明专利]基于伪谱法的多信号灯路况下网联车辆节能驾驶控制方法

权利要求书

1.一种基于伪谱法的多信号灯路况下网联车辆节能驾驶控制方法，其特征在于，包括：

S1：获取道路坡度角、信号灯相位、初始时间t₀和车辆状态；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；

S2：建立包含目标函数与约束条件的最优控制模型；其中，所述最优控制模型的优化目标为电机耗能，约束条件包括车辆纵向动力学模型、电机输出扭矩T_m、道路限速、目标时间t_f和目标距离s_f；t_f亦即绿灯窗口的中间时间，s_f亦即表示信号灯路口位置；

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

其中，t表示行驶时间，M表示整车质量，R_t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；

根据电动车辆每个轮毂电机的当前输出矩阵和转速计算效率，得到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T_m作为驱动转矩时的效率，η_e表示电机输出转矩T_m作为制动转矩时的效率；

道路限速的约束条件表示为：v_min≤v≤v_max；  (3)

电机输出扭矩T_m的约束条件表示为：T_min≤T_m≤T_max；  (4)

其中，v_min表示最小道路限度，v_max表示最大道路限速；T_min表示最小电机输出扭矩，T_max表示最大电机输出扭矩；

所述最优控制模型的优化目标是电机耗能，则目标函数表示为：

根据式(1)至式(5)建立的最优控制模型表示为：

其中，N表示配点数量；

其中，t_r2g表示红灯到绿灯的转换时刻，t_g2r表示同一个周期内绿灯到红灯的转换时刻；

S3：通过伪谱法对所述最优控制模型进行转化，得到离散的非线性最优控制问题，包括：

S31：根据伪谱法定义的离散区间[-1,1]，将规划区间的时间[t₀,t_f]转换到与离散区间相同的区间内，则转换关系表示为：

其中，t₀表示初始时间；

S32：根据伪谱法得到N个配点τ_i，则对所述最优控制模型中的状态变量和控制变量进行离散得到：

其中，S_i表示配点τ_i处的位置；V_i表示配点τ_i处的速度；T_i表示配点τ_i处的电机输出扭矩；i＝1,2,...,N；

S33：状态变量和控制变量得到N个插值点后，使用拉格朗日插值多项式逼近状态变量和控制变量，然后状态变量和控制变量分别表示为：

其中，L_i(τ)表示N阶拉格朗日插值基函数，定义为：

S34：根据式(10)对行驶距离s和行驶速度v的近似状态方程求微分得到：

其中，D_i(τ_k)表示伪谱微分矩阵，表示为：

其中，P_N表示N阶勒让德多项式；

S35：根据式(12)对式(1)进行转换得到：

其中，V_k表示离散后的车辆速度，T_k表示离散后的电机扭矩；

S36：将式(5)中目标函数的积分项通过Gauss-Lobatto积分方法进行转化得到：

其中，S_k表示离散后的车辆位置；ω_k表示积分权重，且：

S37：根据S31至S36将所述最优控制模型转化为离散的非线性最优控制问题，表示为：

S4：通过序列二次规划方法对所述非线性最优控制问题进行求解，得到规划速度轨迹；其中，表示规划速度轨迹的速度序列为(V₁,V₂,...,V_N)；

S5：将车辆的实际速度轨迹与规划速度轨迹进行对比，得到实际速度轨迹与规划速度轨迹的误差，根据误差判断车辆是否偏离规划速度轨迹；若误差超过预设范围，则车辆偏离规划速度轨迹，继续执行步骤S1至S4，对车辆行驶速度轨迹进行重新规划，直至实际速度轨迹与规划速度轨迹的误差在预设范围之内；若误差在预设范围之内，则车辆未偏离规划速度轨迹，判断车辆是否进入下一个信号灯路段，若是则继续执行步骤S1-S5，若否则判断车辆是否达到终点，到达终点则结束控制，未到终点则回到步骤S5判断车辆是否偏离规划速度轨迹；

其中，根据该速度序列(V₁,V₂,...,V_N)得到实际速度轨迹和规划速度轨迹的行驶时间误差Δt，该误差Δt表示为：

Δt＝|t_i-t|；   (18)

当时，对车辆行驶速度轨迹进行重新规划；

其中，t_i表示所述规划速度轨迹中第i个位置对应的时刻，t表示车辆行驶的当前时刻。