一种基于油耗最优驾驶策略的商用车控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于油耗最优驾驶策略的商用车控制方法及系统，方法包括根据商用车的纵向速度、转速和扭矩，计算商用车行驶过程中的瞬时油耗，并建立纵向动力学特性方程，根据纵向动力学特性方程和瞬时油耗，计算油耗目标函数；根据交通流决策集和发动机性能约束集，建立驾驶策略集；其中，交通流决策集是根据商用车行驶过程的交通情况而确定；发动机性能约束集是根据商用车的发动机性能而确定；根据驾驶策略集、油耗目标函数和纳什均衡求解方法，计算纳什均衡解，并根据纳什均衡解，获得油耗最优驾驶策略；根据油耗最优驾驶策略，控制商用车的发动机运行。本实施例实现了提高商用车行驶在城市道路中的经济性，提高求解策略的精确度和准确性。精确度和准确性。精确度和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于油耗最优驾驶策略的商用车控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及车辆最优驾驶策略领域，尤其涉及一种基于油耗最优驾驶策略的商用车控制方法及系统。

技术介绍

[0002]商用车辆行驶过程中的油耗不仅仅与车辆本身的性能有关，与驾驶员的操作行为也有很大的关系。通过目前的研究可知，通过改善驾驶过程中的决策，及驾驶过程中的操作行为，求解出油耗最优驾驶策略，能有效的降低商用车驾驶过程中的油耗。
[0003]对于商用车节油这一问题，首先要完成最优驾驶策略的构建，这一问题的的关键在于建立动力学方程、状态方程、约束集、策略集的数学函数，再对这一以最小油耗目标的车辆驾驶非线性问题求解。而现阶段的油耗最优驾驶策略求解的方法目前大多是针对乘用车而设计，且使用的求解方法大多数为伪谱法和动态规划法，具有一定的局限性，而针对商用车油耗最优驾驶策略设计的也大多数停留在多车车队控制方向，对于商用车单车行驶这一方向尚未有研究。
[0004]现有技术中的对于油耗最优驾驶策略求解方法，通常是在变时条件下两交叉口间节能驾驶策略实时寻优方法，由车辆纵向动力学模型计算的驱动功率和制动功率之和为成本函数，行驶时间、两交叉口驶入汽车纵向速度、两交叉口驶出汽车纵向速度、行驶里程作为限制条件，以成本函数最低为求解目标，以行驶里程和汽车纵向速度为状态变量，构建最优节能汽车纵向速度轨迹。使用常用的油耗最优驾驶策略方法存在在于仅考虑乘用车，没有考虑商用车特点；不考虑发动机特性与油耗的关系，无法精确的反应单车条件下瞬时油耗的精度需求；仅考虑车辆纵向动力学方程计算出的驱动功率和制动功率，忽略了转速、扭矩、速度等因素对车辆油耗的影响；没有分类考虑稳态、动态过程下油耗的差异，稳态过程下的油耗估计会有一定误差，这会导致油耗估计的不准确状态方程仅以里程、汽车纵向速度为状态变量，以功率需求估计发动机油耗，没有考虑发动机和动力系典型动力学特性的影响，这会导致单一车辆的油耗最优加速过程的精度不高；采用动态规划求解最优驾驶策略，对于高维度问题，储存和计算量呈指数增长，导致计算量增加。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于油耗最优驾驶策略的商用车控制方法及系统，提高商用车行驶在城市道路中的经济性，提高求解算法的计算速度和稳定性，提高求解策略的精确度和准确性。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种基于油耗最优驾驶策略的商用车控制方法，包括：
[0007]根据商用车的纵向速度、发动机的转速和扭矩，计算商用车行驶过程中的瞬时油耗；
[0008]根据纵向速度、转速和扭矩，建立纵向动力学特性方程，根据纵向动力学特性方程
和瞬时油耗，计算油耗目标函数；
[0009]根据交通流决策集和发动机性能约束集，建立驾驶策略集；其中，交通流决策集是根据商用车行驶过程的交通情况而确定；发动机性能约束集是根据商用车的发动机性能而确定；
[0010]根据驾驶策略集、油耗目标函数和纳什均衡求解方法，计算纳什均衡解，并根据纳什均衡解，获得油耗最优驾驶策略；
[0011]根据油耗最优驾驶策略，控制商用车的发动机运行。
[0012]实施本专利技术实施例，根据汽车纵向速度、发动机转速、扭矩，找到车辆行驶过程中的对应得瞬时油耗，考虑发动机特性的影响，采用发动机转速、扭矩函数，建立纵向动力学特性方程，计算油耗目标函数，以交通流为决策集、发动机性能作为约束集，油耗目标函数作为收益函数进行纳什均衡求解，通过纳什均衡完成油耗驾驶策略求解，获得油耗最优驾驶策略，在求解油耗最优驾驶策略过程中，综合考虑了行驶交通流影响和发动机性能影响，充分考虑商用车单车行驶影响因素，根据油耗最优驾驶策略，控制商用车发动机运行，使商用车以最优驾驶策略在道路上行驶，降低商用车的行驶过程中油耗，提高商用车行驶在城市道路中的经济性，利用纳什均衡求解方法，提高求解算法的稳定性，同时提高求解策略的准确性。
[0013]作为优选方案，根据商用车的纵向速度、发动机的转速和扭矩，计算商用车行驶过程中的瞬时油耗，具体为：
[0014]根据转速、扭矩、发动机特性和商用车行驶过程中的阻力，获得纵向速度随转速和扭矩变化的变化函数；
[0015]根据万有特性曲线、发动机行驶功率和变化函数，计算商用车行驶过程中的瞬时油耗，公式如下：
[0016][0017]其中，Q
t_fuel
为瞬时油耗，为商用车匀速行驶，为商用车非匀速行驶，b为燃油消耗率、P
f
为商用车克服滚动阻力、P
w
为空气阻力所消耗的功率，ρ为燃油密度，η为机械效率，G为商用车重力，f为滚动阻力系数，v
a
为商用车行驶速度，C
D
为空气阻力系数，A为商用车行驶方向的投影面积，δ为变速箱齿比，m为商用车质量，为商用车行驶过程中的加速度。
[0018]实施本专利技术实施例，考虑商用车单车行驶过程中的油耗特点，根据发动机转速、扭矩，速度等建立油耗模型，考虑车辆匀速、非匀速过程油耗的差异，即分别考虑了稳态(匀速)、动态(非匀速)过程的发动机行驶功率，并找出两种状态下对应的瞬时油耗，降低动态过程中的油耗估计误差，精确度更高。
[0019]作为优选方案，根据纵向速度、转速和扭矩，建立纵向动力学特性方程，根据纵向动力学特性方程和瞬时油耗，计算油耗目标函数，具体为：
[0020]根据转速、扭矩、发动机特性和商用车行驶过程中的阻力，获得纵向速度随转速和扭矩变化的变化函数；
[0021]根据变化函数，建立纵向动力学特性方程；
[0022]根据纵向动力学特性方程、预设控制对象和预设状态条件，建立状态方程；
[0023]根据状态方程和瞬时油耗，计算油耗目标函数；其中，油耗目标函数包括匀速行驶时的油耗目标函数和非匀速行驶时的油耗目标函数。
[0024]实施本专利技术实施例，充分考虑发动机特性的影响，采用发动机转速、扭矩函数，位移，建立纵向动力学特性方程，发动机转速、转矩、位移等状态变量，建立纵向动力学方程，以考虑发动机和动力系典型动力学特性的影响，符合单车行驶下所要求的较高的工况，提高单一车辆的油耗最优准确度。
[0025]作为优选方案，根据转速、扭矩、发动机特性和商用车行驶过程中的阻力，获得纵向速度随转速和扭矩变化的变化函数，具体为：
[0026]根据转速、扭矩与发动机性能特性之间的关系，商用车行驶驱动力、扭矩与发动机内部机械特性之间的关系，商用车行驶驱动力与纵向速度之间的关系，分析纵向速度、转速和扭矩的关系，获得纵向速度随转速和扭矩变化的变化函数。
[0027]实施本专利技术实施例，根据车辆动力学模型和发动机机械和性能特性，找出发动机转速、转矩、纵向速度之间的关系，从而获得纵向速度随转速和扭矩变化的变化函数，便于找出不同状态下油耗和行驶速度的关系，有助于进一步找出发动机转速、转矩和车辆行驶油耗的关系。
[0028]作为优选方案，根据转速、扭矩与发动机性能特性之间的关系，商本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于油耗最优驾驶策略的商用车控制方法，其特征在于，包括：根据商用车的纵向速度、发动机的转速和扭矩，计算所述商用车行驶过程中的瞬时油耗；根据所述纵向速度、所述转速和所述扭矩，建立纵向动力学特性方程，根据所述纵向动力学特性方程和所述瞬时油耗，计算油耗目标函数；根据交通流决策集和发动机性能约束集，建立驾驶策略集；其中，所述交通流决策集是根据商用车行驶过程的交通情况而确定；所述发动机性能约束集是根据所述商用车的发动机性能而确定；根据所述驾驶策略集、所述油耗目标函数和纳什均衡求解方法，计算纳什均衡解，并根据所述纳什均衡解，获得油耗最优驾驶策略；根据所述油耗最优驾驶策略，控制所述商用车的发动机运行。2.如权利要求1所述的基于油耗最优驾驶策略的商用车控制方法，其特征在于，所述根据商用车的纵向速度、发动机的转速和扭矩，计算所述商用车行驶过程中的瞬时油耗，具体为：根据所述转速、所述扭矩、发动机特性和商用车行驶过程中的阻力，获得所述纵向速度随所述转速和所述扭矩变化的变化函数；根据万有特性曲线、发动机行驶功率和所述变化函数，计算所述商用车行驶过程中的瞬时油耗，公式如下：其中，Q
t_fuel
为瞬时油耗，为商用车匀速行驶，为商用车非匀速行驶，为燃油消耗率、P
f
为商用车克服滚动阻力、P
w
为空气阻力所消耗的功率，ρ为燃油密度，η为机械效率，G为商用车重力，f为滚动阻力系数，v
a
为商用车行驶速度，C
D
为空气阻力系数，A为商用车行驶方向的投影面积，δ为变速箱齿比，m为商用车质量，为商用车行驶过程中的加速度。3.如权利要求1所述的基于油耗最优驾驶策略的商用车控制方法，其特征在于，所述根据所述纵向速度、所述转速和所述扭矩，建立纵向动力学特性方程，根据所述纵向动力学特性方程和所述瞬时油耗，计算油耗目标函数，具体为：根据所述转速、所述扭矩、发动机特性和商用车行驶过程中的阻力，获得所述纵向速度随所述转速和所述扭矩变化的变化函数；根据所述变化函数，建立纵向动力学特性方程；根据所述纵向动力学特性方程、预设控制对象和预设状态条件，建立状态方程；根据所述状态方程和所述瞬时油耗，计算所述油耗目标函数；其中，所述油耗目标函数包括匀速行驶时的油耗目标函数和非匀速行驶时的油耗目标函数。4.如权利要求2或3所述的基于油耗最优驾驶策略的商用车控制方法，其特征在于，所
述根据所述转速、所述扭矩、发动机特性和商用车行驶过程中的阻力，获得所述纵向速度随所述转速和所述扭矩变化的变化函数，具体为：根据所述转速、所述扭矩与发动机性能特性之间的关系，商用车行驶驱动力、所述扭矩与发动机内部机械特性之间的关系，所述商用车行驶驱动力与所述纵向速度之间的关系，分析所述纵向速度、所述转速和所述扭矩的关系，获得所述纵向速度随所述转速和所述扭矩变化的变化函数。5.如权利要求4所述的基于油耗最优驾驶策略的商用车控制方法，其特征在于，所述根据所述转速、所述扭矩与发动机性能特性之间的关系，商用车行驶驱动力、所述扭矩与发动机内部机械特性之间的关系，所述商用车行驶驱动力与所述纵向速度之间的关系，分析所述纵向速度、所述转...

【专利技术属性】
技术研发人员：许恩永，何水龙，刘洋，林长波，展新，李超，王善超，冯高山，周志斌，唐竞，张平，陈景龙，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：