[发明专利]两交叉口间加速‑匀速‑减速三段式驾驶模式的节能方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车驾驶辅助系统技术领域，特别涉及一种挡位连续型车辆在两交叉口间的加速-匀速-减速三段式驾驶模式的节能方法。

背景技术

当下我国能源紧缺、大气污染严重，节能与环保技术已经成为汽车行业的研究重点，也受到国家和政府的高度重视。国务院颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划》中指出，乘用车平均百公里油耗至2020年须从2010年的7.71L降至5L。《2014－2015年节能减排低碳发展行动方案》中指出，单位GDP二氧化碳排放量两年分别下降4％、3.5％以上，这对汽车提出了更为严格的节能减排要求。实际上，车辆的行驶油耗不仅与车辆本身相关，与驾驶员的驾驶方式也密不可分。研究表明，经济性驾驶行为可平均降低燃油约10％。加速-匀速-减速三段式驾驶模式是车辆行驶的典型驾驶模式，尤其在经济性驾驶场景多信号交叉口的条件下，该驾驶模式是车辆行驶的基本驾驶单元，其停车再启动过程是导致油耗增加的重要原因。因此探索三段式驾驶模式的节能操作方式对降低行车油耗具有积极意义。

目前，我国学者主要研究了车辆在一般行车意义下的节能驾驶策略，通过构建相关车辆模型及基于该模型的最优控制问题，求解优化的驾驶策略。本申请发明人清华大学李升波等研究了档位离散型车辆的经济性加速策略，指出过于激进或过于平缓的加速均会造成经济性变差。徐少兵等针对配备CVT(档位连续型)型变速器的车辆，采用伪谱法研究其经济性加速策略，该研究表明：(1)经济性加速策略本质上是提高发动机效率和降低风阻能耗的整体协调优化；(2)最优加速策略是与发动机特性和目标末速度密切相关的动态策略；(3)过于激烈或平缓的加速度都会使油耗增大。徐少兵等采用的伪谱法是一种最优控制方法，它采用全局配点法，相较于其他传统配点法、打靶法等直接法具有更好的求解精度和收敛速度，但其求解速度仍然难以满足实际应用的要求。且目前国内的研究仅局限于车辆加速过程，并没有针对特定驾驶场景提出一种有效的节油驾驶策略。

国外学者虽针对车辆在多信号交叉口间行驶进行油耗优化策略的研究，但也存在油耗模型简单、未考虑车辆动力学模型等缺点。2012年，Henry X.Liu等发表的学术论文中提出了应用多阶段最优控制法求解多信号交叉口间车辆最优速度控制问题。为简化计算过程，该论文假设车辆在行驶过程中尽可能以经济性速度行驶，且加速度在同一加速阶段内恒定(不同加速阶段的加速度可不同)，将该方法与应用通用伪谱法最优控制软件(General Pseudo-spectral Optimal Control Software,GPOPS)求解、不采取优化策略求解的三种结果进行对比，发现解析法可节油70％，GPOPS求解结果可节油64％，且解析法的计算时间远小于GPOPS法。但该论文采用了简化的油耗模型，即以车辆速度、加速度等计算车辆的瞬时需求功率，进而查表得到汽车的行驶油耗。它的优点是模型简洁，便于实验获取，缺点是无法准确的反映发动机喷油特性，模型精度低。Galpin Thomas等采用最短路径算法(Dijkstra algorithm)给出了车辆通过多信号交叉口的油耗最优的行驶路径。但该论文忽略了车辆的纵向动力学模型，假设车辆在两信号交叉口之间匀速行驶，且使用简单经验公式(假设油耗为速度、加速度的函数)计算发动机油耗，不能准确反映发动机在行车过程中的实际耗油。SanjibanKundu等提供了车辆通过信号交叉口的三种速度控制算法，通过给定的三种规则，进行仿真研究，发现当保证车辆在绿灯区间通过，且尽可能使车辆以经济性速度(可根据发动机万有特性图和车辆参数得到)行驶的节油效果最优，对于单个车队可节油10％。不足之处仍在于油耗模型简单，不能反映实际油耗，且未考虑车辆纵向动力学模型。目前，对于装备了CVT型变速器的车辆加速-匀速-减速三段式节油优化方法的理论研究基本空白，一个重要的原因在于发动机油耗的不连续性，使得加速阶段建立的最优控制模型不连续(隶属于混合整型问题)，理论和数值求解均十分困难。另一原因在于如何综合考虑加速-匀速-减速这三个阶段还有待研究。

发明内容

本发明的目的是为解决已有技术存在的问题，提出两交叉口间加速-匀速-减速三段式驾驶模式的节能方法，用于装备CVT型变速器的车辆。本发明的车辆的加速-匀速-减速三段式驾驶节能方法指合理地控制发动机功率，使得加速阶段发动机油耗最小。与传统的节能方法相比，本发明方法具有较高的计算精度、较快的计算速度及较强的节油能力。