[发明专利]一种考虑道路坡度的电动汽车速度瞬时优化的方法

说明书

本发明提出一种考虑道路坡度的电动汽车速度瞬时优化的方法，通过将车辆动能转化为等效能量消耗，使总能量消耗瞬间最小化，从而优化牵引力或制动力矩。此外，还设计了一种速度相关因子来调节给定巡航速度范围内的车速，克服了传统速度优化方法要提前获取未来道路信息的弊端，同时该方法具有极短的运算时间，因此具有极强的实车应用前景。

技术领域

本发明涉及一种考虑道路坡度的电动汽车速度瞬时优化的方法，属于电动汽车能量优化技术领域。

背景技术

现如今，大量的地面车辆已经带来了可观的生态、社会和经济成本。但由于燃料能源储备有限和可持续发展战略，世界各国政府都提出了严格的燃料经济性和排放标准。为了满足日益严格的法规，汽车制造商开发了技术，如汽车电气化，以减少能源消耗和车辆的排放。

电动汽车是近年来发展起来的技术之一，除了增加电池尺寸以提高行驶里程外，研究人员还研究了通过优化电动汽车的能源管理系统来提高电动汽车的能源效率。研究的方法大致可以分为两种:(1)重构电动汽车动力系统，提高能源利用效率。例如，四轮独立驱动(4WID)电动汽车由轮毂电机(IWMs)实现，可能有利于高性能和能源效率的提高；(2)优化车辆纵向动力学，即速度谱，可以在地形上实现经济巡航策略。但是大多数车辆速度优化都没有考虑道路坡度变化。然而，道路坡度变化在现实世界中确实存在。由于克服重力的能量消耗，不同坡度下的优化速度谱存在明显差异。不同坡度的生态巡航策略研究也不尽相同。

目前大多数的经济巡航策略都存在着或多或少的不足，如动态规划(DP)作为一种全局最优解，在数值上获得了最节能的速度谱。DP方法可以保证得到的速度剖面的最优性，但计算量大，仅适用于离线作业。Pontryagins极小值原理(PMP)是求解优化问题的另一种有效方法。它的计算速度比DP快，但由于控制模型的简化，能量优化性能会降低。此外，PMP的计算性能在实时实现中也不合适。此外它们基本以内燃机车为基础，对考虑再生制动的电动汽车的研究尚未展开，同时这些方法计算量大，难以应用于实时控制器中。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有的电动汽车电源规划方法要么计算量大，仅适用于离线作业，要么由于控制模型的简化，能量优化性能会降低，要么对考虑再生制动的电动汽车的研究尚未展开，同时这些方法计算量大，难以应用于实时控制器中的问题。

技术方案：为了解决上述问题，本发明提供一下技术方案：

一种考虑道路坡度的电动汽车速度瞬时优化的方法，包括以下步骤：

步骤1：初始信息获取，基于道路车速限制以及道路实时情况，获取车辆初始速度以及当前道路坡度；

步骤2：电池能耗计算，根据初始信息获取结果，实时电池能耗；

步骤3：动能转换速度相关因子计算，根据初始信息以及道路速度限制范围计算动能转换速度相关因子；

步骤4：总体能耗最小化，利用动能转换因子，车辆的动能变化可等效于电能消耗。

进一步地，步骤1中的道路信息获取主要通过GIS，而道路车速限制信息获取主要通过GPS获取。

进一步地，步骤2电池能耗计算，主要通过车辆纵向动力学公式获得，具体公式如下：

式中，P_e是电池功率，是电池效率，v为车辆当前车速，θ为坡度，F_γ，F_ω，F_θ，F_α分别为车辆所受滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力，g为重力加速度,m为整车质量，C_γ,C_ω,,ρ_α,A_f,a分别为滚动系数、空气阻力系数、空气密度、前挡风面积以及车辆当前加速。