一种节能车PnG驾驶策略仿真方法

本发明涉及电动车驾驶，具体涉及一种节能车png驾驶策略仿真方法。

背景技术：

1、电车的能耗驾驶仿真是纯电车研究领域的最重要的一个研究方向，研究不同的驾驶行为对能耗的影响，并表明了不同的驾驶行为对能耗存在不同程度的影响，通过对不同驾驶行为分析，提出了不同阶段下节能降耗驾驶行为的优化建议。其过程就是对电车进行仿真建模，再基于能量控制策略的能耗优化。

2、在计算电车能耗最优解时，再生制动的能量回收是其计算的重要一环，再生制动是指在车辆减速或制动时,将其中一部分动能转化为其他形式能量储存起来以备驱动时使用的过程。由于电动汽车的电动机可被控制作为发电机运行。因此,电动汽车可以方便的实现能量回收。

3、如中国专利申请号为cn202211619103 .7，公布日为2023.03.03的专利文献中就公开了一种预测电动车在实际道路行驶所需能耗的方法，（1）测定电动车参数；（2）获取待行驶道路数据，待行驶道路数据包括带行驶道路的经度、纬度、高度信息，然后通过待行驶道路数据计算待行驶道路的坡度值和曲率半径；（3）搭建车辆动力学模型，包括驾驶员模型、车辆纵向动力学模型、道路模型和结果查看模型；在驾驶员模型下包括以下步骤：（3.1.1）根据输入车速信息和曲率半径确定电门的初始开度；并预设两种以上状态以及两种以上不同的电门的开度，（3.1.2）然后根据车速信息，切换至不同的状态以及不同的电门开度值；实现对加速以及弯曲位置进行准确地预测。

4、在电动车的节能驾驶策略研究中，若采用动态规划算法进行某段路程的最优经济车速优化求解，其运算量巨大，需要提前求解，不能在车辆运行过程中实时应用。

技术实现思路

1、本发明提供一种节能车png驾驶策略仿真方法，通过本系统，可以将路段的动态规划算法优化的结果存在服务器中，当车辆在该路段行驶时，驾驶员即可根据车辆位于该路段的位置通过云端服务器查询到前方位置的驾驶策略以及电机损耗的情况。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种节能车png驾驶策略仿真方法，包括数据采集系统、动态规划系统、驾驶策略系统和车辆能耗仿真系统，所述数据采集系统用于采集车辆所要行驶的路段的坡度采集，进而将路段分成多个距离相同的阶段并将数据上传至服务器，所述动态规划系统根据数据采集系统上传服务器的数据对车辆的行驶速度设定为动态规划的状态变量并计算车辆最优策略的状态变化路线，所述驾驶策略系统用于建立驾驶策略仿真模型；所述车辆能耗仿真系统用于对车辆的能耗进行分析；具体仿真方法包括：

3、s1进行路段数据收集。

4、（1）通过数据采集系统将车辆所要行驶的路段进行坡度采集。

5、（2）将路段分为一个以上相同距离的阶段k，将每个阶段初始时刻设定一个经纬度作为标志点。

6、（3）服务器判断车辆实际经纬度（bα,lα）与标记点经纬度的距离d并将路段数据发送至动态规划系统。

7、s2计算车辆的动态规划。

8、（4）根据车辆的路段数据建立状态转移方程。

9、（5）建立决策方程。

10、（51）根据车辆的电机扭矩值进行决策变量的取值，对扭矩值进行运算求解获得车辆在每个阶段k的初始状态行驶所需扭矩值。

11、（6）建立指标函数。

12、（61）将车辆在每一个阶段中行驶的时间进行求和得到总的车辆行驶时间。

13、（62）推算每个阶段准时完成行驶的目标函数，建立超时约束条件。

14、（63）建立每个阶段的车辆行驶最大加速度和最小加速度的约束条件。

15、（7）采取逆向递归求优对每个阶段进行优化，获得车辆行驶的状态变化路线。

16、s3服务器根据每个阶段的状态变化路线，进而将该阶段的最优驾驶速度发送至客户端告知驾驶员驾驶建议。

17、s4建立驾驶策略仿真模型。

18、（8）建立道路仿真模型。

19、（81）对数据采集系统采集到的道路数据进行预处理将其转化为坐标系的数据点。

20、（82）通过坐标系的数据点分别对道路的坡度值和曲率半径数据进行求解。

21、（83）根据坡度值和曲率半径数据建立道路仿真模型。

22、（9）根据道路仿真模型建立控制车辆的加速、减速和转向控制模块；控制模块根据道路仿真模型为s2步骤的动态规划进行调整，从而确定车辆的行驶策略。

23、s5建立车辆能耗仿真系统。

24、（10）建立车辆纵向动力学模块，并根据步骤s3中对应阶段的最优驾驶速度分析车辆在不同驾驶条件下的性能条件。

25、（11）建立电机模块，对电机的性能进行分析。

26、上述的系统，通过数据采集系统采集路段的坡度数据，进而将路段分为多个相同距离的阶段，由此上传至服务器中通过动态规划系统对每个阶段的路段进行计算并得出状态变化路线，从而可以使得当车辆在该路段行驶时，驾驶员即可根据车辆位于该路段的位置通过云端服务器查询到前方位置的最优速度，同时通过建立道路仿真模型，使得可以为动态规划提供车辆在道路上行驶时的状态和道路特性信息，从而帮助确定车辆的行驶策略，通过建立控制车辆的加速、减速和转向控制模块可以为动态规划提供车辆控制的实现方式，由此能够更好的确定车辆的控制策略；通过驾驶策略仿真模型和动态规划确定了车辆的行驶策略和控制策略，而车辆能耗仿真系统则可以对这些策略进行评估和优化；车辆能耗仿真系统可以基于策略仿真模型计算车辆在行驶过程中的能耗情况；同时，车辆能耗仿真系统中的车辆纵向动力学模块和电机模块可以对车辆的性能进行分析和评估，从而帮助优化驾驶策略和控制策略，以降低车辆的能耗和提高行驶效率。。

27、进一步的，步骤（3）具体包括：

28、（31）车辆实际经纬度（bα,lα）与标记点经纬度的距离若距离d小于预先设定的误差允许范围内时，则进行步骤s3。

29、若距离d大于预先设定的误差允许范围内时，服务器继续判断车辆实际经纬度与标记点的距离，由此保证在车辆接近标志点时再进行步骤s3。

30、以上设置，通过计算车辆实际经纬度与标记点的距离可以确保在车辆接近标志点时再调整速度，能够保证实时地应用动态规划优化的结果，提供更准确的建议速度给车辆驾驶员。

31、进一步的，步骤（4）具体包括：

32、（41）将每个阶段k设定为n个状态值，使得车辆行驶速度设定为动态规划的状态变量。

33、（42）设置每个阶段初始状态的变量范围为[0δv 2δv3δv4δv ……nδv]，其中δv 表示速度状态的增量；n为优化过程离散成了n个阶段。

34、（43）通过对车辆行驶的平衡方程进行重构获得状态转移方程。

35、进一步的，所述车辆行驶的平衡方程为：

36、

37、其中，m代表车辆总质量；代表电机输出扭矩(n);g代表重力加速度（m/s²）；为滚动摩擦系数；为机械传输效率；为总传动比。

38、通过对平衡方程进行重构获得状态转移方程：

39、

40、其中，s为总路程（单位为m）；为k+1第阶段初始速度（km/h）；为第k阶段初始速度（km/h）；为每一阶段的路程（m）；α为车辆斜坡角度，r是车轮半径，cd为阻力系数，a为车辆横截面积，v为车辆速度。

41、以上设置，通过状态转移方程可以用于描述车辆在行驶过程中的状态变化，由此可以计算出车辆在每个阶段的状态，并将当前阶段的状态作为下一阶段的初始状态，从而得到整个行驶过程中车辆的状态变化。

42、进一步的，步骤（51）具体包括将电机扭矩作为动态规划的控制变量；步骤（53）具体包括若电机所需要的扭矩值超过电机所能输出的最大扭矩，则取值无效，不进行运算求解；所述取值集合为若电机所需要的扭矩值不超过电机所能输出的最大扭矩；则通过以下公式进行运算求。

43、

44、其中，为电机所需的扭矩值。

45、以上设置，通过决策方程，使得在每个阶段中，根据当前阶段的初始状态行驶所需扭矩值，选择合适的电机扭矩取值，以达到最优的行驶性能或满足特定的约束条件。决策方程的建立可以帮助确定在每个阶段中应该采取的最佳决策，从而优化整个问题的解决方案。

46、进一步的，步骤（61）具体包括车辆的行驶时间求和公式为：

47、

48、步骤（62）具体包括所述目标函数为：

49、

50、其中，为正数，为第k阶段的耗时，为第k阶段的期望行驶时间，为每一阶段的路程（m），v为车辆速度；为车辆在第k阶段的平均速度。

51、步骤（63）具体包括所述车辆行驶最大加速度和最小加速度的约束条件为：

52、通过制定指标函数，从而使得车辆在每个阶段的加速度约束在一个范围内，当超出该范围则将车辆的加速度赋值为0，由此确定在每个阶段间进行状态转移的能耗和运行时间，进而在运行时间满足约束的情况使得总耗能最低。

53、进一步的，步骤（7）具体包括：

54、（71）列出本阶段的所有可能的状态变量。

55、（72）对每一个状态变量通过决策方程列出可能的决策变量，对每一个状态变量，决策变量计算本阶段的指标函数。

56、（73）利用状态转移方程，对每对状态变量，决策变量求出的值，如果计算出下一阶段的初始状态并非是节点值，那就向邻近点取值。

57、（74）计算每一对状态变量，决策变量的指标值将各指标值进行比较，取最小值为本阶段状态变量状态开始的后部子过程的最优指标，相应的决策变量即是本阶段以状态变量为起始状态的最优决策。

58、（75）直至第一阶段的最优决策确定之后，第一阶段的最优初状态即可以确定，然后根据状态转移方程确定下一阶段，循环此步骤直至最后的阶段，获得最优策略的状态变化路线。

59、逆向递归求优在节能电动车优化问题中的作用是找到最优的行驶策略，以最小化能耗为目标，通过逆向递归求优计算出每个阶段的最优决策，以实现在整个形势过程中能耗最小化。

60、进一步的，步骤（8）具体包括：所述坡度值计算公式为：

61、

62、所述道路的曲率半径计算公式为：

63、

64、其中，、、分别代表数据点在坐标系中的x轴、y轴和z轴坐标的对应值。

65、步骤（9）具体包括：

66、（91）通过车辆的车速和道路的曲率半径数据制定车辆的驾驶状态，并执行电机加速、电机减速和电机停止动作。

67、（92）预设车辆的初始行驶车速范围，预设曲率半径的阈值范围，预设车辆的超速范围。

68、（93）当道路的曲率半径大于预先设定的曲率半径阈值范围时，且车辆的车速大于该车速范围，则执行电机减速动作。

69、（94）当道路的曲率半径大于预先设定的曲率半径阈值范围时，且车辆的车速小于该车速范围，则执行电机加速动作。

70、（95）当道路的曲率半径小于预先设定的曲率半径阈值范围时，或车辆的车速处于超速范围时，则执行电机停止动作。

71、以上设置，通过采集道路的经度、纬度和海拔高度数据，将其转换为坐标系的数据点，然后计算每个数据点的坡度值，进而计算每个数据点的曲率半径，根据曲率半径控制电机的加速、减速和停止动作；通过道路模型为车辆的驾驶提供驾驶策略的指导。通过实时获取道路的坡度和曲率信息，可以根据道路的特征来调整车辆的驾驶方式，以降低能耗并提高行驶安全性。同时，禁止在曲率半径小于预先设定的曲率半径阈值范围的弯道处启动电机，可以避免车辆在弯道处发生侧滑或翻车等危险情况，提高驾驶的稳定性和安全性。

72、进一步的，步骤（10）具体包括：

73、（100）获取车辆的参数。

74、所述车辆的参数为：车辆总质量m，车身空气阻力系数，滚动阻力系数f，车身正迎风面积a，车轮半径r，车轮旋转质量系数，重力加速度，传动效率，坡度值θ。

75、（101）根据车辆行驶方程和车辆的参数，建立车辆的纵向行驶方程。

76、所述车辆行驶方程为：

77、

78、所述车辆纵向行驶方程为：

79、

80、（102）根据车辆纵向行驶方程进行车辆加速度的计算；

81、所述车辆的加速度计算公式为：

82、

83、（103）通过对车辆的加速度进行积分，求得速度和行程的变化方程。

84、所述车辆的速度和行程的变化方程为：

85、

86、其中，为传动效率、a为车辆纵向加速度、表示k+1阶段车辆速度值，表示k阶段车辆速度值、表示车辆k+1阶段的行程、表示车辆k阶段的行程。

87、以上设置，通过建立车辆纵向行驶方程，模拟车辆在不同条件下的加速度、速度和行程的变化。通过输入车辆当前速度、坡度值和电机输出扭矩值，计算车辆的加速度，并通过积分计算速度和行程的变化。这样可以分析车辆在不同驾驶条件下的性能表现，评估能耗和行驶距离。

88、进一步的，步骤（11）具体包括：

89、（111）确定电机的效率；所述电机的效率计算方程为：

90、（112）确定电机的扭矩；所述电机的扭矩计算方程为：

91、（113）确定电机的输出功率，所述电机的输出功率计算方程为：

92、其中，为电机输出效率，n为电机转速，e为电门开度，为电机输出功率，n为电机基速，为电机实时输出扭矩，为电机输出扭矩极值。

93、以上设置，通过建立电机模块，可以对电机的性能进行分析和优化，从而帮助设计和控制电机系统，提高电动车的性能和效率。