[发明专利]基于空间域凸优化的燃料电池汽车节能驾驶方法及装置

说明书

本发明公开了基于空间域凸优化的燃料电池汽车节能驾驶方法及装置，包括以下步骤：S1.在空间域内建立燃料电池汽车动力传动系统模型，包括车辆纵向动力学模型、电机模型、燃料电池系统模型和动力电池模型；S2.在空间域内建立多交叉口通行环境模型，包括信号灯约束、道路坡度干扰和道路限速；S3.在空间域内建立燃料电池汽车多交叉口节能驾驶问题；S4.利用凸近似和凸松弛技术对燃料电池汽车多交叉口节能驾驶问题进行凸化；S5.采用凸优化工具进行求解，得到最优决策。本发明能够以高效的计算效率实现全局最优的能耗经济性，具备实时应用潜力。

技术领域

本发明属于燃料电池汽车节能驾驶领域，具体涉及基于空间域凸优化的燃料电池汽车节能驾驶方法及装置。

背景技术

燃料电池汽车多交叉口节能驾驶耦合了信号灯约束下的车速规划和不同能量源间的功率分配，是一个难以快速求解的复杂问题。寻找针对该问题的轻量化计算方法对实现节能驾驶算法实车部署从而进一步发挥燃料电池汽车的节能优势具有重要价值。

利用凸优化算法最优性和实时性兼具的优势，已有相关研究提出了时间域内燃料电池汽车多交叉口节能驾驶的分层凸优化方法。然而，针对车速规划和能量管理耦合的燃料电池汽车节能驾驶问题，分层优化只能获得分层子问题的最优解，而非全局最优解。

发明内容

本发明所为了解决背景技术中存在的技术问题，目的在于提供了基于空间域凸优化的燃料电池汽车节能驾驶方法及装置，该方法在空间域内对燃料电池汽车多交叉口节能驾驶问题进行凸近似和凸松弛，实现高效计算并获得全局最优解。

为了解决技术问题，本发明的技术方案是：

基于空间域凸优化的燃料电池汽车节能驾驶方法，包括以下步骤：

S1.在空间域内建立燃料电池汽车动力传动系统模型；

S2.在空间域内建立多交叉口通行环境模型；

S3.基于燃料电池汽车动力传动系统模型和多交叉口通行环境模型，在空间域内建立燃料电池汽车多交叉口节能驾驶问题；

S4.利用凸近似和凸松弛技术对燃料电池汽车多交叉口节能驾驶问题进行凸化，得到凸化后的多交叉口节能驾驶问题；

S5.采用凸优化工具对凸化后的多交叉口节能驾驶问题进行求解，得到最优决策，即实现了燃料电池汽车多交叉口节能驾驶方法。

进一步，所述燃料电池汽车动力传动系统模型，包括：车辆纵向动力学模型、电机模型、燃料电池系统模型和动力电池模型。

进一步，建立车辆纵向动力学模型：

车辆纵向动力学，如下公式所示：

其中，t、s、v、M、f_r和A分别表示车辆的位置、车速、质量、滚动阻力系数和迎风面积；F_drv和F_brk分别表示车轮处的电机机械力和刹车片制动力；G表示重力加速度；θ(s)表示道路坡度；ρ和C_D分别表示空气密度和空气阻力系数；

车轮处的需求功率P_dmd，如下公式所示：

P_dmd＝(F_drv+F_brk)v；

建立电机模型：

电机转速ω_mot和转矩T_mot，如下公式所示：

其中，r_whl是轮胎滚动半径，i_FD是主减速器传动比；