[发明专利]基于道路坡度和曲率的四驱电动车速度优化控制方法

权利要求书

1.一种基于道路坡度和曲率的四驱电动车速度优化控制方法，其特征在于包括如下步骤：

1)车辆在具有弯道和坡度的路况下保持行驶状态，ECU通过GPS和GIS获得道路信息和车辆状态信息；其中，车辆状态信息包括车辆的位置、速度、加速度，道路信息包括前方道路的坡度、曲率；

2)ECU根据获得的道路坡度、曲率信息和车辆状态信息建立纵向动力学模型以及系统状态方程，在此基础上结合行驶过程中的能量计算方法，建立关于消耗能量和行驶时间的优化目标函数；同时，ECU根据获得的道路曲率信息设定道路侧向极限稳定条件，并且根据道路坡度信息设定弯道行驶过程中的安全车速，实现安全车速约束；

3)在步骤2)的基础上进行模型预测控制优化，根据总能量需求最小化的目标，将行驶路程离散化，设置预测域和预测周期找到每一个预测周期内所达到的目标车速以及所需要的目标转矩，并考虑弯道上的安全车速范围，得到汽车的最优车速轨迹。

2.根据权利要求1所述的基于道路坡度和曲率的四驱电动车速度优化控制方法，其特征在于步骤2)在等速圆周行驶条件下，通过道路曲率得到转弯半径，根据路面附着条件得到地面所能提供的最大侧向力，进而得到最高车速限制实现安全车速约束。

3.根据权利要求2所述的基于道路坡度和曲率的四驱电动车速度优化控制方法，其特征在于步骤2)道路侧向极限稳定条件为：考虑道路的曲率和附着条件，根据车辆的侧向状态，以保证弯道行驶的安全性为前提，设计车辆的安全限制车速，使车辆不发生侧向失稳，即需要满足：

其中各参数如下，a_y为汽车的侧向加速度，为路面附着系数。

4.根据权利要求3所述的基于道路坡度和曲率的四驱电动车速度优化控制方法，其特征在于步骤2)建立的纵向动力学模型为：

式中：α为道路坡度角，通过GPS和GIS信息系统获得，T_total为电驱动系统总输出转矩，v为车辆行驶速度，是优化控制方法要求解的变量；式中包括的车辆参数有：m为汽车质量，δ为汽车旋转质量换算系数，f为汽车滚动阻力系数，C_D为空气阻力系数，A为迎风面积，ρ为空气密度，r为车轮滚动半径，F_t为车辆行驶的驱动力，F_f为车辆行驶的滚动阻力，F_i为车辆行驶的坡度阻力，F_w为车辆行驶的空气阻力，F_j为车辆行驶的加速阻力，G为汽车重量；

考虑车辆行驶过程中的能力损耗，和时间消耗转化为的物质代价，结合能量与时间的权重综合建立综合能耗评价表达式如下：

式中，S为车辆行驶距离；λ为行驶时间的权重系数，反映了时间消耗相对于系统能耗的权重；P为电池的输出功率其中：T_cmd为单个电机的输出转矩，ω_m为电机转动的角速度；η为电机效率；I_w为车轮转动惯量。

5.根据权利要求1所述的基于道路坡度和曲率的四驱电动车速度优化控制方法，其特征在于步骤3)进行安全车速约束时，将车辆行驶过程中的总路程划分为若干段子路程，认定足够小的一段路程的坡度和曲率为定值，对于道路有曲率的弯道行驶工况，在等速圆周行驶条件下，利用转弯半径和车速表达出车辆的侧向力，在保证侧向力不超过路面附着力的条件下，求得车速的范围，即安全车速范围。

6.根据权利要求4所述的基于道路坡度和曲率的四驱电动车速度优化控制方法，其特征在于步骤3)通过将行驶过程离散化，根据离散动态规划算法，得到每一阶段路程行驶的目标车速与转矩，于是求解优化问题如下：

式中Δs为求解的路程的步长，上式可以求得一段路程的综合能耗，在求解的过程中通过遍历满足要求范围的车速，寻求满足目标函数的最优化车速，得到一段路程的车速轨迹。