基于交通均衡的电动汽车充电导航及路径选择方法技术

本发明专利技术提供一种基于交通均衡的电动汽车充电导航及路径选择方法，具体步骤为：将交通路网中的交叉路口和路段抽象成图论中的点和线，建立交通路网的数学模型；将交通路网中所有路段阻抗积分的和作为交通均衡数学模型的目标函数，将交通道路网中与路段流量和路径流量相关的因素作为约束条件，建立交通均衡的数学模型；将车辆的最小出行路阻作为路径选择的目标函数，将电动汽车的荷电量约束和充电量约束作为路径选择的约束条件，建立路径选择的数学模型；应用迪克斯特拉算法求解最优路径，通过分支定价算法构建可用路径集，交通均衡问题和路径选择问题相互迭代求解出最优路径。本发明专利技术在保证个体路径选择最优的同时，提高了整个系统中车辆的出行效率。系统中车辆的出行效率。系统中车辆的出行效率。

【技术实现步骤摘要】
基于交通均衡的电动汽车充电导航及路径选择方法


[0001]本专利技术涉及电动汽车路径优化领域，特别涉及一种基于交通均衡的电动汽车充电导航及路径选择方法。

技术介绍

[0002]化石燃料的过度开采已经带来了一系列的环境问题，继而会引起一些政治、经济问题。减少汽油的使用量已引起许多国家的广泛关注。由于电动汽车对环境的影响小，人们普遍认为电动汽车是一种很有前途的城市交通工具。电动汽车的普及已成为缓解环境污染、实现可持续发展的有效途径。
[0003]电动汽车的有效充电导航可以促进电动汽车使用量的增长，所以关于电动汽车充电导航及路径选择策略的研究具有非凡的意义。在交通网络中，用户从出发点到目的地常常有多种路径选择。现有研究通常采用最短路径算法进行路径规划，此方法以行驶路径阻抗最小为目标，只考虑单一用户的最优选择，相同起讫点的电动汽车用户面临相同的最优路径，忽略了电动汽车用户决策间的相互影响，也忽略了交通网的拥堵特性。
[0004]车辆总倾向于选择最优的路径，因为道路通行时间与车流量相关，若都选择同一条路径，随着车流量的增加出行阻抗随之增大，该条路径因此不再是最优路径。这种拥堵效应的存在使得不同车辆在路径选择和充电决策中存在交互影响。车辆间交互影响，最终达到均衡状态(User Equilibrium，UE)，即每个用户的通行时间都不能通过调整自身的路径选择而减少。当交通网络达到均衡时，每个O
‑
D对间的各条被使用的路径具有相同且最小的通行时间，而未被选择路径的通行时间大于上述最小时间。考虑到车辆决策间的相互影响，本专利技术基于交通均衡的原则研究电动汽车的路径优化。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于交通均衡的电动汽车充电导航及路径选择方法v，主要基于交通均衡的原则，通过考虑多车辆决策之间的相互影响，在保证个体路径选择最优的同时，提高了整个系统中车辆的出行效率。
[0006]本专利技术提供了一种基于交通均衡的电动汽车充电导航及路径选择方法，具体实施步骤如下：
[0007]S1、将交通路网中的交叉路口和路段抽象成图论中的点和线，用来表示交通路网中若干交叉路口和路段之间的关系，来建立交通路网的数学模型，具体的数学表达式为：
[0008]其中，
[0009]式中：G
T
为交通路网；N为G
T
中所有节点的集合，包括交叉路口、车辆的起讫点；A为
G
T
中两节点之间路段的集合，即交通路网中路段的集合；a
ij
为某一路段；W为路段权值的集合，即路段路阻，表示路段的量化属性，w
ij
＝∞表示在交通网中n
i
与n
j
之间不存在连接路段；
[0010]S2、建立包含电动汽车和燃油汽车的混合交通均衡数学模型：
[0011]S21、将交通路网中所有路段阻抗积分的和作为混合交通均衡数学模型的目标函数，将交通道路网中与路段流量和路径流量相关的因素作为约束条件；
[0012]S22、根据交通道路网中，特定路段上的行程时间取决于路段上的交通流，在充电站花费的时间取决于等待时间和充电时间，分别进行以下建模：
[0013]S221、通过路段上行驶时间t
aR
与车流量x
aR
的函数来建立车辆在常规路段的数学模型，具体函数表达式为：
[0014][0015]其中，是路段交通流量为零时的自由通行时间，即路段长度除以最大限制速度得到的时间；x
aR
为路段交通流；c
aR
称为路段容量，c
aR
为时的交通流；
[0016]S222、通过决定充电时间的影响因素，充电量和充电站的额定功率，建立电动车辆在充电站充电时间的数学模型表达式为：
[0017][0018]其中，为充电时间，F
s
为车辆在充电站s的充电量，P
s
为车辆在充电站s的充电功率；
[0019]S223、通过决定在充电站停留时间的影响因素，充电时间和等待时间，建立电动车辆在充电站停留时间的数学模型的表达式为：
[0020][0021]其中，充电时间是一个常数，取决于充电量和充电站的额定功率；x
aC
为充电站道路上的交通流；c
aC
为充电站的容量，参数J控制函数t
aC
(x
aC
)的陡缓；
[0022]S23、根据步骤S22，当电动车辆在每个充电站的充电时间相同时，假设车辆的单位时间和费用的转化系数为α，则电动汽车和燃油车在交通路网中的交通均衡TE模型的表达式为：
[0023][0024]其中，A表示道路路段的集合，aR表示某条路段，x
aR
为路段aR上的交通流；t
aR
为路段上的通行时间；
[0025]S24、当交通路网交通均衡时，用分别表示交通起止点O
‑
D对(r，s)间燃油
车GV和电动汽车EV最小的出行路阻，分别表示O
‑
D对(r，s)间燃油车GV和电动汽车EV在路段k的出行路阻，则交通道路网交通均衡时的条件表达式为：
[0026][0027][0028][0029][0030]其中，r、s、k分别为OD对的起点、终点以及之间的一条路径；分别表示燃油车GV、电动汽车EV在OD对(r，s)之间选择路径k的交通流；分别为OD对(r，s)之间燃油车GV、电动汽车EV的可用路径集；
[0031]S3、将车辆的最小出行路阻作为路径选择数学模型的目标函数，将电动汽车的荷电量约束和充电量约束作为路径选择数学模型的约束条件，则路径选择数学模型的具体表达式为；
[0032][0033]其中，α为单位时间和费用的转化系数，t
aR
(x
aR
)表示在路段aR上的通行时间，t
aC
(x
aC
)为在充电站停留的时间；θ
s
为充电电价，F
s
为充电电量；
[0034]S4、基于上述步骤S1至S3建立的交通均衡的电动汽车充电导航及路径选择模型，具体求解方法的实施步骤为：
[0035]S41、设置交通路网的初始交通流为零，对每个O
‑
D以求解最优路段为目标，获得初始路径集和以及每条路径的出行路阻；
[0036]S42、在步骤S41获得的路径集和下，求解该交通路网的交通均衡问题，获得路段的交通流量，从而获得每个路段的行驶路阻；
[0037]S43、在步骤S42获得的交通流量下，求解在该交通路网中的最优路径问题，设燃油汽车和电动汽车的最优路径分别为k
g
和k
e
，若路径k
g
和k
e
的出行路阻小于步骤S41所得的出行路阻，则将路径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于交通均衡的电动汽车充电导航及路径选择方法，其特征在于，具体实施步骤如下：S1、将交通路网中的交叉路口和路段抽象成图论中的点和线，用来表示交通路网中若干交叉路口和路段之间的关系，来建立交通路网的数学模型，具体的数学表达式为：其中，式中：G
T
为交通路网；N为G
T
中所有节点的集合，包括交叉路口、车辆的起讫点；A为G
T
中两节点之间路段的集合，即交通路网中路段的集合；a
ij
为某一路段；W为路段权值的集合，即路段路阻，表示路段的量化属性，w
ij
＝∞表示在交通网中n
i
与n
j
之间不存在连接路段；S2、建立包含电动汽车和燃油汽车的混合交通均衡数学模型：S21、将交通路网中所有路段阻抗积分的和作为混合交通均衡数学模型的目标函数，将交通道路网中与路段流量和路径流量相关的因素作为约束条件；S22、根据交通道路网中，特定路段上的行程时间取决于路段上的交通流，以及在充电站花费的时间取决于等待时间和充电时间，分别进行以下数学建模：S221、通过路段上的行驶时间t
aR
与车流量x
aR
的函数来建立车辆在常规路段的数学模型，具体函数表达式为：其中，是路段交通流量为零时的自由通行时间，即路段长度除以最大限制速度得到的时间；x
aR
为路段交通流；c
aR
称为路段容量，c
aR
为时的交通流；S222、通过决定充电时间的影响因素，充电量和充电站的额定功率，建立电动车辆在充电站充电时间的数学模型表达式为：其中，为充电时间，F
s
为车辆在充电站s的充电量，P
s
为车辆在充电站s的充电功率；S223、通过决定在充电站停留时间的影响因素，充电时间和等待时间，建立电动车辆在充电站停留时间的数学模型的表达式为：其中，充电时间是一个常数，取决于充电量和充电站的额定功率；x
aC
为充电站道路
上的交通流；c
aC
为充电站的容量，参数J控制函数t
aC
(x
aC
)的陡缓；S23、根据步骤S22，当电动车辆在每个充电站的充电时间相同时，假设车辆的单位时间和费用的转化系数为α，则电动汽车和燃油车在交通路网中的交通均衡TE模型的表达式为：其中，A表示道路路段的集合，aR表示某条路段，x
aR
为路段aR上的交通流；t
aR
为路段上的通行时间；S24、当交通路网交通均衡时，用分别表示交通起止点O
‑
D对(r，s)间燃油车GV和电动汽车EV最小的出行路阻，分别表示O
‑
D对(r，s)间燃油车GV和电动汽车EV在路段k的出行路阻，则交通道路网交通均衡时的条件表达式为：ifthenifthenifthenifthen其中，r、s、k分别为OD对的起点、终点以及之间的一条路径；分别表示燃油车GV、电动汽车EV在OD对(r，s)之间选择路径k的交通流；分别为OD对(r，s)之间燃油车GV、电动汽车EV的可用路径集；S3、将车辆的最小出行路阻作为路径选择数学模型的目标函数，将电动汽车的荷电量约束和充电量约束作为路径选择数学模型的约束条件，则路径选择数学模型的具体表达式为；其中，α为单位时间和费用的转化系数，t
aR
(x
aR
)表示在路段aR上的通行时间，t
aC
(x
aC
)为在充电站停留的时间；θ
s
为充电电价，F
s
为充电电量；S4、基于上述步骤S1至S3建立的交通均衡的电动汽车充电导航及路径选择模型，具体求解方法的实施步骤为：S41、设置交通路网的初始交通流为...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟嘉庆，杨妮，张晓辉，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：