一种电动汽车续航里程优化装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于汽车技术领域，涉及一种电动汽车续航里程优化装置及方法，尤其是 涉及一种电池友好型的电动汽车续航里程优化装置及方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，化石能源枯竭，环境污染严重，研究开发新能源汽车成为建设资源节约、 环境友好型社会的必由之路。在这种背景下，电动汽车应运而生。然而电动汽车历经多年发 展也未能进入千家万户，这是因为其固有的局限性一直未能突破：储能少、行驶里程短、充 电慢，需要借助公用充电装置接力充电才能保障续航能力。目前，世界各国电动汽车续航里 程优化相关研究主要集中在汽车动力电池建模与电动汽车充电对电网性能的影响等领域， 然而这些研究都没有从根本上解决电动汽车如何快速找到充电粧，提高电动汽车续航里程 等问题。
[0003] 在这些亟待解决的矛盾下，建立智能化、信息化、网络化的电动汽车智能充电网 络，通过采用电池敏感的路由算法，优化电动汽车续航里程，为电动汽车规划最合适的行车 路径，保证行程中能够接力充电不至于抛锚；采用行车任务调度算法，智能化任务排序，提 供最优化的解决方案，实现带有任务时间实时约束的多目标路径规划，大幅度提高工作效 率。才能高质量地解决充电问题，大大缓解电动汽车用户的"里程焦虑"，推动电动汽车产业 的发展。
【发明内容】
[0004] 本发明采用电池敏感的路由算法，优化电动汽车续航里程，为电动汽车规划最合 适的行车路径，保证行程中能够接力充电不至于抛锚，缓解"里程焦虑"问题。
[0005] 本发明的装置所采用的技术方案是：一种电动汽车续航里程优化装置，其特征在 于：包括数据采集系统、决策系统和专家系统；所述的数据采集系统包括移动客户端、车载 通讯系统和充电站通讯模块；决策系统包括第一无线通讯模块和决策模块；专家系统包括 第二无线通讯模块、数据库和路径规划模块；所述的数据采集系统、决策系统和专家系统之 间通过移动客户端内设置的通讯模块、第一无线通讯模块和第二无线通讯模块相互连接通 {目。
[0006] 本发明的方法所采用的技术方案是：一种电动汽车续航里程优化方法，其特征在 于，包括以下步骤：
[0007] 步骤1 :用户使用移动客户端采集并上传行车任务属性信息到专家系统中；
[0008] 步骤2 :车载通讯系统采集并上传电动汽车车况信息到专家系统中；
[0009] 步骤3 :充电站通讯模块采集并上传充电粧工况信息到专家系统中；
[0010] 步骤4 :专家系统接受到步骤1、步骤2和步骤3中上传的数据后检索数据库，若有 匹配数据则返回一组已有的规划路线，否则交由路径规划模块进行处理；
[0011] 步骤5 :路径规划模块结合约束条件，建立最优化问题模型，求解该优化问题，进 行多目标路径规划，提供多条可行的电池友好型的路由方案；所述的约束条件包括电动汽 车车况、充电粧工况、交通路况、行车任务属性；
[0012] 步骤6,决策系统接受到满足条件可行的一组规划路线后，按照概率可行性取前k 条最优路线返回给移动客户端，交由用户选择。
[0013] 作为优选，步骤1中所述的行车任务属性信息包括每项任务的地理位置、截止时 间和优先级信息。
[0014] 作为优选，步骤2中所述的电动汽车车况信息包括车辆当前位置和剩余电量信 息。
[0015] 作为优选，步骤3中所述的充电粧工况信息包括充电粧的使用情况和故障情况信 息。
[0016] 作为优选，步骤4中所述的若有匹配数据则返回一组已有的规划路线，其匹配规 则为：电动汽车车况信息与行车任务属性信息一致，即车辆当前位置、剩余电量信息、任务 的地理位置、截止时间和优先级信息一致。
[0017] 作为优选，步骤5中所述的多目标路径规划的具体实现过程包括以下子步骤：
[0018] 步骤5. 1 :建立优化问题数学模型；设有N个任务节点，Cl]表示从点i到j的运输 成本，包括路程与电量；？^表示从点i到点j的耗费电量；△ P ^表示从点i到点j的充电 电量；P。表示电量的初始值；s ;表示到达i地的时刻与初始时刻的差值;表示在i地完成 任务消耗的时间；tlS表示从点i到点j消耗的时间；d 1表示为在i地任务的截止期限与初 始时刻的差值；Xu表示车辆是否从点i到点j ;
[0019] 目标函数：
[0027] 步骤5. 2,局部路径规划，设f (i，j)为从点i到点j的代价估值，g (i，j)为从点i 至W j的实际代价，h(i, j)为从点i到点j的启发信息，估计每一个当前节点抵达目标节 点的最小代价，采用改进A*算法得到最优路径，即f (i，j);当示电动汽车位 于当前节点即点i时的电量）时，表示需要充电，这时若满足任务时间实时约束时，则从点 i到点j能充电，否则返回上一个节点提出充电请求并重新搜索路线；
[0028] 步骤5. 3 :全局路径规划，将步骤5. 2中的f(i，j)作为每条路径的权重，采用 Christofides算法构建通路得到最优电池友好型多目标规划路径。
[0029] 作为优选，步骤5. 2中所述的改进A*算法，设为当前所在节点，S。为初始时刻 所在节点，Sp为充电粧所在节点，S t为目标节点，S i为地图中任意节点，DEPTH为嵌套深度， A P。为电动汽车每公里耗电量，L表示两点间距离；则改进A*算法具体实现过程包括以下 子步骤：
[0030] 步骤5. 2. 1 :初始化，令S^= S。;构造Open表用于存取待扩展的节点，且初始时 刻为S。;构造Close表用于存取已扩展的节点，且初始时刻存入S。;构造PATH表用于存取 最优路径上的节点；
[0031] 步骤5. 2. 2 :在Open表中搜索离最近的节点S i，以f(S_ S1)最小的且满足任 务约束与电量约束条件的节点为父节点
[0034] 若同时满足这两个条件，转至步骤5. 2. 3 ;
[0035] 无法同时满足这两个条件，转至步骤5. 2. 5 ;
[0036] 步骤5. 2. 3 :若S1为目标节点S t，则PATH表中存储的节点集作为最优路径，并记权 重路径为
，结束算法；
[0037] 步骤5. 2. 4 :若S1不是目标节点S t，则对S1K有的前驱状态S ,进行更新，若 g_j〈gi+g(i，j)，则将Sjjt入Close列表；否则令g_j= gi+g(i，」），将3;作为S。下一步的路线， 令Scui = S i并存入PATH表中；返回步骤5. 2. 2 ;
[0038] 步骤 5. 2. 5 :令 Scur= S。，DEPTH = DEPTH-I ;
[0039] 若 DEPTH = 0,转至步骤 5. 2. 6 ;
[0040] 否则将将满足
的范围L内的充电粧设为特殊节点{Spl，S p2，…，SpJ，采用 Charge算法计算最优路径；
[0041] 若满足任务约束与电量约束条件
[0044] 则输出权重路径为f (S。，St) = f (S。，Sp) +f (Sp，St)，结束算法；
[0045] 若依旧无法同时满足任务约束与电量约束条件，转至步骤5. 2. 6 ;
[0046] 步骤5. 2. 6 :输出权重路径输出权重路径为f (S。，St) = 〇〇，结束算法。
[0047] 作为优选，步骤5. 2. 5中所述的Charge算法，具体实现过程包括以下子步骤：
[0048] 步骤 5. 2. 5. 1 :令 DEPTH = 0,映射{Spl，Sp2，…，SpJ 为{SQ1，Sq2，…，SJ，利用步骤 5. 2. 1 至步骤 5. 2. 6 的原理计算 f (SP1，St)，i = 1，2,…，n，若 f (SP1, St) = 〇〇，则舍弃 Plt (Plt 表示点pjl」点t的这条路线）这条路线，否则计算f (S。，SP1);
[0049] 步骤5. 2. 5. 2 :令DEPTH = DEPTHpi，（DEPTHpl表示对应S P1的嵌套深度）映射 {Spl，Sp2，…，S1J 为{Stl，St2，…，Stn}，利用步骤 5. 2. 1 至步骤 5. 2. 6 的原理计算 f (S0, Spi)，i =1，2,…，n，若f (S。，Spi) = °°，则舍弃Pi这个节点；
[0050] 步骤 5. 2. 5. 3 :对保留节点？1分别计算 f (S。，St) = f (S。，SP1) +f (SP1，St)，i = 1，2,…，n，取最小值 minf (S。，St) = f (S。，SP1)+f (SP1，St)，i = 1，2,…，η 为路径权重，算法结 束。
[0051] 作为优选，步骤5.