[发明专利]一种网联汽车队列的节能型稳定性运动控制方法

说明书

本发明公开一种网联汽车队列的节能型稳定性运动控制方法，属于汽车驾驶辅助系统技术领域。该方法首先建立网联汽车队列中单个车辆动力学模型，计算各车辆分别处于加速阶段和滑行阶段的加速度；通过建立以相邻两车组成的跟车子系统的相对速度和相对车间距离误差为状态变量的跟车子系统模型，确定跟车子系统的四种行驶模式，得到在Δv‑ΔR平面上的自车状态轨迹；针对前车加速或滑行两种情况，分别得到自车Δv‑ΔR状态平面分区图，确定各区间的自车加速度；最后将前车加速和滑行分别得到的自车状态平面分区图合成，得到自车的切换控制图及控制律，实现网联汽车队列各车辆的节能型运动控制。本发明对车辆位置控制精度要求低，有高效节油效果。

技术领域

本发明属于汽车驾驶辅助系统技术领域，特别涉及一种利用周期性切换控制的网联汽车队列的节能型稳定性运动控制方法。

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。因此产生了关于提高燃油效率的大量研究。

现有研究表明，对于单一车辆，周期驾驶策略，即加速—滑行式(Pulse andGlide，PnG)策略，是一类新型节油模式，具有极高的节能潜力。PnG是一种动态策略。当驾驶员期望以某一平均速度行驶时，车辆先从较低速度加速至较高速度，记为加速阶段，然后再滑行至较低速度，记为滑行阶段。一个加速阶段和滑行阶段组成一个完整的PnG周期，其平均速度等于期望行驶速度。理论分析表明PnG的省油原理由内燃机先上凸再下凸的S形非线性稳态油耗特性决定。在该策略中，发动机在其最小有效燃油消耗率点(BSFC，BrakeSpecific Fuel Consumption)和怠速点之间进行周期性来回切换，分别对应车辆的加速和滑行过程。由于发动机最小燃油消耗率曲线的S形非线性特性，通过周期性地将发动机工作点在怠速点和最小油耗点之间切换，车辆的平均燃耗率将低于定速巡航。相较于传统驾驶操作(匀速巡航策略)，PnG策略能够达到超过20％的节油效果。对于单一车辆而言，PnG节油驾驶策略驾驶实现了车辆动力系特性与车辆运动状态的最佳动态匹配，且节能效果不依赖于风阻特性，适用于中速工况和中长车距。

网联汽车队列作为一种多智能体协作系统，目前已经一个成为重要的研究领域。对于汽车队列，目前的大量研究主要聚焦于如何通过缩短两车间距，利用“雁阵效应”减小后车的空气阻力，从而降低队列的整体行驶能耗。但是，这一方案的实际推广是十分困难的，原因在于：(1)近距跟车对车辆的控制精度要求十分严格，将极大增加车载传感器、控制器和执行器的开发成本和技术难度；(2)若车辆控制出现偏差，队列短间距跟车易导致严重的连环追尾事故；(3)“雁阵效应”的节能原理多适用于迎风面积较大的重型卡车，对于轿车的节能效果不显著。

发明内容

本发明的目的是为克服现有网联车辆队列节能策略的不足之处，提出一种网联汽车队列的节能型稳定性运动控制方法。本发明可使网联汽车队列在保证稳定性的前提下实现较好的节油效果，对车辆位置控制的精度要求低，而且具有高效节油效果。同时具有较好的稳定性、较高的计算精度、较快的计算速度和较强的节油能力。可实现多车协同节能减排的重要目标。

本发明提出的一种网联汽车队列的节能型稳定性运动控制方法，适用于以内燃机为动力源的车辆，其特征在于：该方法包括建立以车辆速度和加速度为状态变量的单个车辆动力学模型，计算各车辆分别处于加速阶段和滑行阶段的加速度；并通过建立网联汽车队列中以相邻两车组成的跟车子系统的相对速度Δv_i和相对车间距离误差ΔR_i为状态变量的跟车子系统模型，确定跟车子系统所有的四种行驶模式，得到在Δv-ΔR平面上的自车状态轨迹；针对前车加速或滑行两种情况，分别得到自车Δv-ΔR状态平面分区图，确定分区图内各区间的自车加速度；最后将前车加速和滑行分别得到的自车Δv-ΔR状态平面分区图合成，得到自车的切换控制图及控制律；以此实现网联汽车队列各车辆的节能型运动控制。