[发明专利]一种考虑节能的城市公交车运行轨迹优化方法

摘要

本发明涉及一种考虑节能的城市公交车运行轨迹优化方法，包括以下步骤：1)将当前公交车运行位置至运行计划规定的停站点之间的运行区间依次按道路特征划分为连续的多个子区间，道路特征包括坡度路段、限速路段和交叉口路段，并将道路特征对应属性值赋予每个子区间；2)根据划分后的子区间构建考虑节能因素的城市公交车驾驶策略双层优化计算模型；3)对城市公交车驾驶策略双层优化计算模型进行求解，最终获得当前公交车运行位置至运行计划规定的停站点之间的运行区间的优化轨迹，包括各个子区间公交车的行驶速度、行驶时间、位置以及牵引力和制动力。与现有技术相比，本发明具有动态连续、减少能耗、提高准点率与舒适性等优点。

主权项

1.一种考虑节能的城市公交车运行轨迹优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)将当前公交车运行位置至运行计划规定的停站点之间的运行区间依次按道路特征划分为连续的多个子区间，道路特征包括坡度路段、限速路段和交叉口路段，并将道路特征对应属性值赋予每个子区间；/n2)根据划分后的子区间构建考虑节能因素的城市公交车驾驶策略双层优化计算模型，所述的步骤2)中，城市公交车驾驶策略双层优化计算模型包括上层模型和下层模型，上层模型的输出包括各个子区间的入口速度、出口速度和子区间运行时间三类，作为下层模型的输入，下层模型输出优化轨迹返回给上层模型；/n所述的上层模型以最小化公交车站间消耗的总能耗E为目标函数，其表达式为：/n /n其中，E_i为各个子区间的公交车总能耗，n为公交车运行的站间子区间个数；/n所述的上层模型的约束条件为：/n对于任意第i个子区间的入口速度v_in，i和出口速度v_out，i大于0且小于线路限速V_lim，i约束：/n /n对于任意第i个子区间的出口速度v_out，i满足在入口速度为v_in，i时的可达到的最大速度v_u，i与最小速度v_l，i约束：/nv_l，i≤v_out，i≤v_u，i，i＝1，2，...，n；/n对于任意第i个子区间的运行时间T_i有意义约束：运行时间T_i在入口速度v_in，i、出口速度v_out，i条件下的最小允许运行时间t_l，i与最大允许运行时间t_u，i之间：/nt_l，i≤T_i≤t_u，i，i＝1，2，...，n；/n交叉口前的子区间运行时间之和满足信号灯约束：/n-t_Δ+k*t_c≤T_j≤-t_Δ+k*t_c+t_g，j＝1，2，...，m；/n其中，m为站间交叉口个数，j为交叉口序号，k为交叉口的可行的周期数，t_c为交叉口的信号配时周期，t_g为交叉口的绿灯时长，t_Δ为交叉口发车时刻之前的第一个周期开始时刻与发车时刻之差，T_j为车辆到达第j个交叉口的时刻；/n所述的下层模型中，/n对于第i个子区间，下层模型的目标函数为：/nmin E_i＝J_1，i+J_2，i/n /nJ_2，i＝p_t*T_i/n其中，J_1，i为公交车在该子区间的车辆运动能耗，J_2，i是公交车在该子区间的运行固定能耗，M_bus为公交车车辆质量，M_load为公交车负载质量，η_t为公交车传动系统效率，x_in，i、x_out，i为第i个子区间的入口与出口位置，ρ为公交车再生制动回收率，p_t为电子负载功率，x为公交车车辆位置，u(x)为在该位置的控制力输出，当u(x)＞0时，为发动机输出，当u(x)＜0时，为制动系统输出，当u(x)＝0时，公交车处于无动力滑行状态；/n所述的下层模型中，公交车在该子区间运行，满足以下约束条件：/n①公交车车辆在该子区间的单位质量控制力输出满足车辆动力学约束条件：/nU_-[v(x)]≤u(x)≤U₊[v(x)]/n该式表示在公交车车辆位于位置x时的车速为v(x)条件下，该位置的单位质量控制力输出在单位质量最大动力U₊[v(x)]与单位质量最大制动力U_-[v(x)]之间；/n②公交车车辆在子区间的运行状态转移应满足车辆运动学微分方程：/n /n /na(x)＝u(x)-r[v(x)]+G(x)/n /n /n其中：t(x)为公交车位于位置x处的运行时间，r[v(x)]为公交车运行阻力减速度，G(x)为坡度附加加速度，a(x)为公交车运行实际的加速度，g为重力加速度，f为滚动阻力系数，C_D为空气阻力系数，A为车辆迎风面积，γ为车辆旋转质量换算系数，θ为车辆在位置x处的坡度值；/n③公交车车辆在该子区间的行驶状态满足该子区间优化子模型的输入：/nv(x_in，i)＝v_in，i/nv(x_out，i)＝v_out，i/n /n /n3)对城市公交车驾驶策略双层优化计算模型进行求解，最终获得当前公交车运行位置至运行计划规定的停站点之间的运行区间的优化轨迹。/n