[发明专利]一种自动驾驶车辆节能融合方法

说明书

本发明提出的一种自动驾驶车辆节能融合方法，包括基于模型预测控制(MPC)算法的运动规划系统和基于庞特里亚金极小值原理(PMP)的能量管理系统；基于模型预测控制(MPC)算法的运动规划系统以车辆节能、高效安全行驶为控制目标、车辆驱动和制动时的最大加速度/重力加速度为约束预测下一时刻的行驶信息，基于庞特里亚金极小值原理(PMP)的能量管理系统通过观测到的车辆动力电池SOC和基于模型预测控制(MPC)算法的运动规划系统预测出的行驶信息获得发动机与电机之间的最优功率分配。本发明在行驶过程中对不同动力源之间进行功率分配，优化了车辆的动力性和经济性，大大增加了汽车产品的应用生产力和市场竞争力。

技术领域

本发明属于车辆节能技术领域，具体涉及一种自动驾驶车辆节能融合方法。

背景技术

随着汽车行业的飞速发展，人们的日常出行对汽车的依赖程度越来越深。汽车销售量的不断上升，同样也伴随着石油消耗量的快速增长，这对于中国的稳步发展来说是一个不可估量的风险。同时，作为目前主流的燃油汽车也对环境有着非常严重的危害。新能源汽车对降低石油的依赖和减少废气的排放具有显著的推动作用，所以鼓励新能源汽车的发展已经成为了世界各国的共识。我国也在出台相应的政策鼓励行业研究和发展新能源汽车，把它当作中国汽车产业实现全球化的重要突破口。目前，市场上的新能源汽车主要包括混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，即HEV)，纯电动汽车(Electric Vehicle，即EV)与燃料电池汽车(Fuel Cell Vehicle，即FCV)。

纯电动汽车具有驱动系统结构简单和行驶过程零排放的优势，是最为理想的新能源汽车类型。但是纯电动汽车目前还存在着续航里程较短、充电速度较慢和充电基础设施建设不完善等问题，其推广依然存在较大阻力。混合动力汽车兼具传统燃油车与纯电动汽车的优点，既能满足短行程(50km)纯电行驶、零排放，又能通过协调发动机和电机多个动力源，充分利用不同动力源的工作特性，优势互补、协调配合，在保证车辆动力性与舒适性的前提下，提升整车节能减排性能，是实现节能减排的有效途径；因此，目前最具实用价值，并已经实现大规模生产的是混合动力汽车。

但是混合动力汽车的能量管理和环保策略还需进一步提高。混合动力汽车结构较为复杂，一般具有两种或两种以上的动力源，需要各动力源协调配合，才能发挥其节能减排的最佳潜力；混合动力汽车的能量管理策略负责不同动力源之间的相互协调，根据不同工况或整车功率需求合理的进行能量分配，使综合能耗最低；因此混合动力汽车的能量管理策略在很大程度上决定了车辆的性能，并能充分挖掘混合动力汽车在降低燃油消耗和减少尾气污染物排放方面的潜力，已成为混合动力汽车的关键核心技术之一；因此设计合理有效的能量管理策略、协调各动力源之间的功率输出，对于提高混合动力汽车的动力性和经济性至关重要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种自动驾驶车辆节能融合方法，目的在于通过设计合理有效的能量管理策略，解决混合动力汽车行驶过程中不同动力源之间的功率分配问题。

本发明一种自动驾驶车辆节能融合方法采用的技术方案如下：

1、基于模型预测控制(MPC)算法的运动规划系统以车辆节能、高效安全行驶为控制目标、车辆驱动和制动时的最大加速度/重力加速度为约束预测下一时刻的行驶信息；在观测到当前车辆驾驶信息的情况下，模型预测控制(MPC)算法的设计方法如下：

(1)定速控制

在车辆定速巡航的过程中，前方没有其他车辆对自身行驶造成影响，仅需考虑车辆自身的纵向车速和加速度/重力加速度，因此以车辆按照恒定速度平稳行驶为目标，车辆动力学模型为预测模型，选取加速度/重力加速度、车辆纵向速度作为状态变量，选取加速度/重力加速度作为输入变量。

(2)跟随控制