[发明专利]基于电池容量损失控制的CEBs速度规划模型的构建与应用

说明书

本发明公开了一种基于电池容量损失控制的CEBs速度规划模型的构建与应用，旨在降低电动公交车辆运行过程中车载电池的容量损失，以提升纯电动公交车车辆的使用寿命。本发明针对运行于公交专用道的公交线路上的CEBs构建了一种速度规划模型，通过合理优化每个移动范围内的公交车速度并避免停车延误，来最大程度地减少电动公交车的电池容量损耗，并提出了一种基于Q‑learning的优化求解算法来求解该速度规划模型。

技术领域

本发明涉及公共交通技术领域，具体涉及基于电池容量损失控制的联网纯电动公交车(Connected electric buses，简称CEBs)速度规划模型的构建与应用。

背景技术

公共交通对于城市地区的正常运转至关重要，促进高效的公共交通系统被广泛认为是减少道路交通排放和能源消耗的有效策略。同时，由于电动车辆具备零排放、噪音低、能量转化率高和舒适等优势，公共交通的电气化备受青睐。然而，电池电动公交车一次充电只能全电动行驶7-200公里，这给公交车运营商带来了范围焦虑的问题；此外，过度使用电池能量会增加电池容量损耗并加速电池退化，而电池占电动公交资本成本的20％-50％，电动公交车在公交线路上运行过程中的车载电池容量损耗对于降低公交运输系统的总成本至关重要。

电动公交车有不同的类型，联网纯电动公交(CEBs)是其主要类型之一。随着互联车辆技术的发展，在节能和减少出行时间等方面具有巨大改善潜力。

CEBs可以及时收集有用的信息，例如下游交叉口的信号相位以及交通信号灯的定时等，这允许运营者在公交车加速和减速方面做出前瞻性决策，通过对公交车在带有公交专用道的路线上每个行驶范围内的行进速度进行规划，可有效避免其在交叉路口出现过多的停车延迟，从而减少电池容量损耗。

目前，随着自动驾驶和联网技术的发展，对自动驾驶或联网车辆的速度控制的研究逐渐增多。Asadi和Vahidi(2011)制定了一种基于优化的控制算法，可预测地使用短程雷达和交通信号信息来调度车辆的最佳速度轨迹，控制目标包括在不使用刹车的情况下及时到达绿灯，保持车辆之间的安全距离以及以设定速度或接近设定速度巡航。Ozatay等(2014)通过提供驾驶辅助系统扩展了云计算在汽车应用中的利用，该系统旨在为驾驶员提供最佳的速度曲线，以减少总体油耗。周等(2020年)提出了一种基于增强学习的联网和自动驾驶汽车跟随模型，以便获得适当的驾驶行为以实时提高信号交叉口的出行效率，燃油消耗和安全性。谢等(2020)提出了一种实时能源管理策略，用于在固定公交线路上运行的插电式混合动力电动公交车，旨在通过优化放电深度和速度规划来实现最低的总体成本。但是，关于纯电动公交车，尤其是CEBs的能耗的研究相对较少，且如何在公交路线上整个行程结束时实现最低电池容量衰退的问题尚未解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于电池容量损失控制的CEBs速度规划模型的构建与应用，旨在降低电动公交车辆运行过程中车载电池的容量损失，以延长纯电动公交车车辆的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

针对运行于任何两个信号交叉口之间最多有一个公交车站的公交专用道的 CEBs公交车辆，构建一种基于电池容量损失控制的CEBs速度规划模型，包括如下步骤：

1.获取进行速度规划的具有公交专用道的公交线路的如下信息：

(1)线路上的交叉口数量d、公交站数量e；沿着公交路线，n_k是第k个信号交叉口，k＝0、1、2，3，…，d+1；m_j为出行方向上的第j个公交站，j＝1， 2，…，e；其中，n₀为第一个公交车站上游的信号交叉口，n_d+1为最后一个公交站e下游的信号交叉口；

(2)获取公交车在路段上的行驶时间