[发明专利]基于动态规划的目标车速预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种目标车速预测系统，尤其涉及的是一种基于动态规划的目标车速预测方法。

背景技术

基于规则的预测系统已经实现产业化应用，而基于优化的控制方法主要停留在理论研究阶段。为了得到理论上的最优解，一些学者将模型预测(MPC)和动态规划(DP)结合起来。考虑到计算的时间成本问题，又有学者研究了可以获得近似最优解的等效燃油消耗最小原理(ECMS)。然而，MPC和DP的组合算法、ECMS、PMP或这些算法的改进方法，以及一些其它的基于优化的控制算法，始终无法实现实时控制。而且，在使用这些方法求解的过程中，被控对象模型一般被不同程度的简化，容易忽略了驾驶员的驾驶意图、实际道路情况、信号灯的影响以及车与车之间的相互影响等，所得到的最优解并不是真正意义上的最优解。

随着智能交通系统的不断发展，构建基于动态规划的目标车速预测方法，为解决整个交通系统中多辆汽车的实时能量管理及优化的问题提供新的思路。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于动态规划的目标车速预测方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于动态规划的目标车速预测方法，

(1)无线通讯模块通过射频识别、蓝牙、ZIGBEE或WI-FI，进行车与车通信以及车与交通实施通信；

(2)数据采集模块采集车的油耗、车速跟随、控制变量、车与车之间的相对距离；

(3)控制分析模块中的车速数据预测模块基于车的油耗、车速跟随、控制变量、车与车之间的相对距离，构建目标车速模型；控制分析模块中的数据分析模块对目标车速模型采用快速模型预测法获取最优目标车速序列；控制分析模块中的指令下达模块将数据分析模块获取的最优目标车速序列通过无线传输形式反馈指令信息给每辆车的驾驶员；

(4)驾驶员根据指令下达模块下达的最优目标序列车速，操控制动控制模块进行加速或者制动。

作为上述方案的进一步优化，控制分析模块中的车速数据预测模块构建目标车速模型，包括如下步骤：

步骤(21)、建立混合动力汽车纵向动力学模型，如公式(1)：

式中，s_i为第i辆车的位置，用坐标表述；

v_i为第i辆车的速度，单位为m/s；

x_i为第i辆车的状态向量；

u_i为第i辆车的控制变量，含义为任意时刻单位质量牵引力或制动力，单位为N/kg；

M_i第i辆车的质量，单位为kg；C_D为控制阻力系数；ρ_a为空气密度，单位为kg/m³；A_fi为第i辆车的迎风面积，单位为m²；μ为滚动阻力系数；θ为坡度，单位为(°)；

步骤(22)、建立混合动力汽车的功率平衡方程，如公式(2)：

式中，P_ireq为第i辆车的驱动需求功率，单位为W；

步骤(23)、根据混合动力汽车的功率平衡方程，且在满足纵向动力学约束的前提下，建立N辆车消耗的总能量的最小值模型，如公式(3)：

式中，为混合动力汽车的等效燃油消耗率，单位为g/s；

η_eff为汽车传动系统的总效率；H为汽油的热值，单位为J/g；

T为汽车行驶的时间，单位为s；

δt为计算步长，单位为s；v_imin、v_imax分别为汽车行驶速度的最小和最大值，单位为m/s；

u_imin、u_imax分别为控制变量的最小和最大值，单位为N/kg；

步骤(24)、为避免混合动力汽车红灯停车,根据交通信号灯正时获取目标车速:

基于交通信号灯正时，建立汽车目标车速求解模型,如公式(4)：