[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

说明书

本发明公开了一种四驱电动汽车行驶车速优化控制方法，该方法综合考虑行驶路径范围内的道路坡度和曲率信息，使汽车在保证安全性的前提下，在给定路径行驶过程中的能量消耗最小。包括以下步骤：通过GPS（Global Positioning System）和GIS（Geographic Information System）等信息系统获取道路坡度和曲率信息；考虑道路坡度信息，结合车辆状态，建立纵向动力学预测模型，建立能耗目标函数；考虑道路曲率信息，设计安全性的约束条件，描述模型预测控制问题；利用动态规划算法求解模型预测控制问题，得到车速优化轨迹。通过上述方式，本发明能够综合道路工况信息，得到优化目标车速和转矩，用于四驱电动汽车的动力学控制，提高行驶经济性和安全性。

技术领域

本发明涉及汽车速度优化控制领域，特别是考虑道路坡度和曲率信息的四驱电动车速度优化控制方法。

背景技术

自环境和能源问题受到关注以来，汽车的经济性一直都是国内外的一个研究重点。汽车的经济性除了与车辆本身的性能有关，还受行驶道路和工况的影响。因此，近年来有学者研究考虑道路坡度信息的预测巡航控制，对于重型卡车在坡度变化较大、较为频繁的路段，经济性提升效果非常明显。Daimler Chrysler公司基于传统的自适应巡航系统，根据GPS导航，结合3D数字地图，提前获取前方道路坡度的信息，进行预测巡航控制，运行优化算法，优化车辆的速度变化轨迹，从而提高车辆经济性。

同时电动汽车目前被认为是解决环境和能源问题的一个重要途径，四轮驱动电动汽车由于其更好的动力学可控性，近年来越来越受到关注。利用电动化和线控化的驱动系统，考虑道路和工况，研究四轮驱动电动汽车的速度优化控制，降低行驶路径上的能量消耗，对于提高四轮驱动电动汽车的经济性具有重要意义。除了道路的坡度对于车辆的经济性有影响，当车辆在弯道上行驶时，车速对于车辆的侧向稳定性能有较大影响，因此有必要考虑道路的曲率信息进行速度优化控制，以提高车辆的行驶安全性和经济性。目前国内外针对道路信息的速度优化控制和预测巡航控制，主要是考虑道路的坡度信息，对于道路的曲率信息考虑较少，尤其是对四轮驱动电动汽车的研究更少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种四驱电动汽车速度优化控制方法，该方法综合考虑道路坡度和曲率信息，在保证弯道行驶安全性的条件下，使电动汽车在给定行驶路径上的能量消耗最小，能够显著提高汽车的经济性和安全性。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案：

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。

上述技术方案中，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。

上述技术方案中，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：