[发明专利]基于伪谱法的多信号灯路况下网联车辆节能驾驶控制方法

说明书

本发明公开了一种基于伪谱法的多信号灯路况下网联车辆节能驾驶控制方法，涉及智能交通技术领域，解决了车速规划不够经济且控制方法效率不高的技术问题，其技术方案要点是基于伪谱法规划车辆在多信号灯路口下的经济性行驶速度，可以减少车辆在信号灯路口的不必要启停，从而提升车辆的经济性、舒适性与交通效率。伪谱法规划的速度能达到与动态规划方法相似的能量节省率，且伪谱法的求解时间远远小于动态规划方法。

技术领域

本申请涉及智能交通技术领域，具体涉及智能网联车辆经济性驾驶控制技术，尤其涉及一种基于伪谱法的多信号灯路况下网联车辆节能驾驶控制方法。

背景技术

鉴于交通带来的气候变化与环境污染问题，各国面临着减少与燃料燃烧有关的温室气体排放的巨大压力，大多数主要的汽车市场都制定了尾气排放二氧化碳的限制。联网和自动驾驶汽车在提高交通效率、安全性和环境可持续性方面具有巨大潜力，在提升交通流稳定性、减少车辆的不必要变速与启停的同时，也提高了行驶经济性。

城市路网下，信号灯是车辆与行人安全的重要保障。随着物联网(IoT)技术的发展，交通设施可以将信息实时共享。对于智能网联车辆而言，其优势在于可以与其他车辆和路侧基础设施进行无线通信，以获取道路坡度、信号灯相位与时间、交通拥堵状况等信息，并且其所在交通环境具有动态多变的特性，因此，减少频繁启停与利用道路信息对行驶速度进行优化的效果更为显著。此外，其所在的动态交通环境中的非自动驾驶车辆和行人等因素使得车辆可能偏离规划所得的速度曲线，而传统的智能网联车辆速度规划策略受限于速度规划算法的计算效率，无法对已有的驾驶策略进行调整以满足经济性与舒适性最优。因此，综合考虑智能网联车辆安全性、舒适性、经济性等目标，开发能够适应多信号灯路况的实时速度规划与控制算法是一个亟待解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种基于伪谱法的多信号灯路况下网联车辆节能驾驶控制方法，其技术目的是解决经济性车速规划与控制方法受限于算法效率的问题。

本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于伪谱法的多信号灯路况下网联车辆节能驾驶控制方法，包括：

S1：获取道路坡度角、信号灯相位、初始时间t₀和车辆状态；其中，所述车辆状态包括当前车辆的初始速度v₀和初始位置s₀；

S2：建立包含目标函数与约束条件的最优控制模型；其中，所述最优控制模型的优化目标为电机耗能，约束条件包括车辆纵向动力学模型、电机输出扭矩T_m、道路限速、目标时间t_f和目标距离s_f；t_f亦即绿灯窗口的中间时间，s_f亦即表示信号灯路口位置；

S3：通过伪谱法对所述最优控制模型进行转化，得到离散的非线性最优控制问题；

S4：通过序列二次规划方法对所述非线性最优控制问题进行求解，得到规划速度轨迹；

S5：将车辆的实际速度轨迹与规划速度轨迹进行对比，得到实际速度轨迹与规划速度轨迹的误差，根据误差判断车辆是否偏离规划速度轨迹；若误差超过预设范围，则车辆偏离规划速度轨迹，继续执行步骤S1至S4，对车辆行驶速度轨迹进行重新规划，直至实际速度轨迹与规划速度轨迹的误差在预设范围之内。

本申请的有益效果在于：本申请基于伪谱法规划车辆在多信号灯路口下的经济性行驶速度，可以减少车辆在信号灯路口的不必要启停，从而提升车辆的经济性、舒适性与交通效率。在实际应用中本申请可与其他速度规划算法协同规划，以平衡算法求解时的实时性与经济性。通过仿真发现，基于伪谱法与动态规划方法对同一路段进行速度规划，与固定速度巡航相比分别节省11.39％和11.56％的电能，因此基于伪谱法规划的速度能达到与动态规划方法相似的能量节省率，而伪谱法的求解时间远远小于动态规划方法。