[发明专利]一种分层式燃料电池汽车节能驾驶方法

说明书

本发明公开了一种分层式燃料电池汽车节能驾驶方法，在上层计算中，获取全路段的道路信息，如各路段的限速情况、道路坡度、信号灯位置以及信号配时等，构建燃料电池汽车纵向动力学模型以及囊括车辆需求功率和行驶时间的代价函数，再利用优化算法求得全局车速规划下的车辆最优行驶轨迹。在下层计算中，根据燃料电池汽车的动力结构，建立燃料电池系统模型、电机系统模型和动力电池系统模型。对模型进行转凸处理，建立满足凸优化算法标准范式的车辆动力学模型。并将上层计算出的最优车速轨迹作为车辆行驶工况进行输入，求解整车能量管理问题。根据计算结果得出全路段的车速轨迹、动力电池SOC轨迹和燃料电池的输出功率轨迹。

技术领域

本发明涉及燃料电池汽车的车速规划技术领域和能量管理技术领域，特别涉及一种分层式燃料电池汽车节能驾驶方法。

背景技术

近年来，随着电子信息领域新技术的发展，物联网、云计算、大数据等新技术正在向传统行业渗透。在汽车行业，网联化和自动化汽车逐渐成为研究热点，并且正在引起行业的巨大变革。汽车的网联化可以让车辆更好的感知交通信息，如道路限速、交通信号灯信息等，提高行车的安全性和便捷性。车辆的自动化可以提高车载计算机的计算能力，更好结合交通信息和车辆动力学实现车速的预测、规划和整车的能量管理，降低车辆行驶的能量消耗，提高驾驶经济性。

节能驾驶是通过合理规划驾驶员的驾驶行为和车速轨迹，降低车辆总的功率需求，从而降低燃油效率。根据交通信息的不同，车辆节能驾驶方法可分为两类：一类是不考虑交通信号灯信息的节能驾驶方法，这种方法只需要考虑道路基本信息(限速、坡度等)和车辆自身条件(发动机和电机的扭矩限制和转速限制等)，再结合车辆动力学利用一些优化算法实现车辆的节能驾驶，适用于无交通信号灯的路段；另一类方法是考虑交通信号灯信息，利用车联网技术提前获得红绿灯信号的相位和定时信息，总体考虑车辆在带有信号灯路段上的行驶情况，利用优化算法求得车辆在不同抵达时间内的最优速度轨迹，使车辆的能耗最小。

在现有技术中，基于不同交通信息的传统燃油车、电动车、混合动力汽车的生态驾驶方法均被提出。但是关于燃料电池汽车基于信号灯信息的节能驾驶问题还无人涉及。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种分层式燃料电池汽车节能驾驶方法，解决了现有技术中存在的缺陷。

本发明所定义的技术名称如下：

SoC:蓄电池剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，其取值范围为0-1。

全局车速规划：指针对某一车辆从出发点到终点的全过程进行的速度规划。

转凸处理：指通过一些技术手段对已经建立的数学模型进行凸化处理，使模型的中的函数和可行域均满足凸优化算法的基本要求，从而达到利用凸优化算法求解问题的目的。

模型预测控制：在每一个采样瞬间通过求解一个有限时域开环最优控制问题而获得当前控制解，并通过滚动时域优化完成优化的控制思想。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明针对燃料电池汽车通过红绿灯时提出采用分层优化算法来求解最优生态驾驶问题和整车能量管理问题。

在上层中，利用优化算法求解车辆通过交通信号灯时的最优车速规划问题。首先基于车联网等技术手段获取全路段的道路信息，如各路段的限速情况、道路坡度、信号灯位置以及信号配时等。然后结合车辆运动学，构建燃料电池汽车纵向动力学模型以及囊括车辆需求功率和行驶时间的代价函数。最后，利用优化算法求得全局车速规划下的车辆最优行驶轨迹和燃料电池的输出功率轨迹。