基于凸优化的燃料电池汽车节能驾驶方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于凸优化的燃料电池汽车节能驾驶方法及系统，方法包括获取燃料电池汽车在不同速度下匀速行驶的耗氢量并绘制静态氢耗图；获取燃料电池汽车行车路线的交通信息；根据静态氢耗图和交通信息，确定燃料电池汽车行驶的最优绿灯窗口，并根据最优绿灯窗口确定最优行驶路径的搜索区域；以燃料电池汽车总需求功率累计最小为优化目标，结合搜索区域建立凸规划模型，根据凸规划模型确定燃料电池汽车的最优行驶路径及最优车速轨迹；根据最优车速轨迹，采用基于交替方向乘子法的能量管理方法，确定燃料电池汽车各个动力源的输出功率。本发明专利技术方法可快速完成多个信号灯的车速规划且节能效果佳。划且节能效果佳。划且节能效果佳。

【技术实现步骤摘要】
基于凸优化的燃料电池汽车节能驾驶方法及系统


[0001]本专利技术属于燃料电池汽车的车速规划
，具体涉及基于凸优化的燃料电池汽车节能驾驶方法及系统。

技术介绍

[0002]燃料电池汽车作为未来汽车动力可能的终极解决方案之一，具有零排放、高能效、大里程等电动车无法比拟的天然优势。同时，在智能化、网联化技术快速发展的背景下，汽车具备了人、车、路、云等信息交互的功能。基于汽车的动力系统特性，实现融合交通信息的节能驾驶，能够大幅度提升车辆的能效。节能驾驶技术是通过优化整车行驶速度，降低智能网联汽车行驶过程中的实际能量需求，提高车辆通行的整体能效。能量管理则是针对给定车速工况的燃料电池汽车(电
‑
电混合)和混合动力汽车(油
‑
电混合)，实现车辆动力系统中各能量源输出功率的合理分配，提高动力系统效率，降低车辆能耗。
[0003]在智能网联燃料电池汽车上，节能驾驶能够为能量管理提供最优车速轨迹，而且能量管理能够在最优车速轨迹的基础上实现更深层次的节能效果。但节能驾驶和能量管理问题的计算量均较大，很少有人针对二者开展联合研究，导致现有燃料电池汽车存在路径规划欠佳、节能效果差的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于凸优化的燃料电池汽车节能驾驶方法及系统，从而解决现有燃料电池汽车存在路径规划欠佳、节能效果差的技术问题。
[0005]本
技术实现思路
的第一方面公开了一种基于凸优化的燃料电池汽车节能驾驶方法，包括：
[0006]获取燃料电池汽车在不同速度下匀速行驶的耗氢量并绘制静态氢耗图；
[0007]获取所述燃料电池汽车行车路线的交通信息；
[0008]根据所述静态氢耗图和所述交通信息，确定所述燃料电池汽车行驶的最优绿灯窗口，并根据所述最优绿灯窗口确定最优行驶路径的搜索区域；
[0009]以所述燃料电池汽车总需求功率累计最小为优化目标，结合所述搜索区域建立凸规划模型，根据所述凸规划模型确定所述燃料电池汽车的最优行驶路径及最优车速轨迹；
[0010]根据所述最优车速轨迹，采用基于交替方向乘子法的能量管理方法，确定所述燃料电池汽车各个动力源的输出功率。
[0011]优选地，确定所述燃料电池汽车行驶的最优绿灯窗口，具体包括：
[0012]根据所述静态氢耗图和所述交通信息，利用动态规划确定所述燃料电池汽车的最优匀速行驶路径；
[0013]将所述最优匀速行驶路径上信号灯的绿灯周期记为最优绿灯窗口，得到多个最优绿灯窗口。
[0014]优选地，根据所述最优绿灯窗口确定最优行驶路径的搜索区域，具体包括：
[0015]获取每个所述最优绿灯窗口的开始时间节点和终止时间节点；
[0016]根据相邻所述最优绿灯窗口的开始时间节点，确定所述最优行驶路径的上边界；
[0017]根据相邻所述最优绿灯窗口的终止时间节点，确定所述最优行驶路径的下边界；
[0018]所述上边界和所述下边界组成所述最优行驶路径的搜索区域。
[0019]优选地，以所述燃料电池汽车总需求功率累计最小为优化目标，结合所述搜索区域建立凸规划模型，具体包括：
[0020]所述凸规划模型的目标函数如第一公式，所述第一公式为：
[0021][0022]式中，a为所述燃料电池汽车的加速度矩阵，a
T
为所述加速度矩阵的转置，J为目标函数，所述目标函数为所述燃料电池汽车总需求功率，Q和c
T
分别如第二公式和第三公式，所述第二公式为：
[0023][0024]式中，ρ
a
为空气密度，A为迎风面积，c
d
为空气阻力系数，为所述燃料电池汽车全路段的平均速度，Ψ为(N
‑
1)
×
(N
‑
1)的下三角矩阵，且非零元素全为1，N为车辆行驶工况的步长，M为整车质量；
[0025]所述第三公式为：
[0026]c
T
＝C
r
MgΦ
T
Ψ
[0027]式中，C
r
为滚动阻力系数，M为整车质量，g为重力加速度，Φ为元素全为1的(N
‑
1)维列向量，Ψ为(N
‑
1)
×
(N
‑
1)的下三角矩阵，且非零元素全为1，N为车辆行驶工况的步长。
[0028]优选地，所述凸规划模型的约束函数如第四公式，所述第四公式为：
[0029][0030]式中，v
max
和v
min
分别为所述燃料电池汽车的最大速度和最小速度，a
max
和a
min
分别为所述燃料电池汽车的最大加速度和减速度，s
upper
和s
lower
分别为最优行驶路径的搜索区域上边界和下边界，Φ为元素全为1的(N
‑
1)维列向量，Ψ为(N
‑
1)
×
(N
‑
1)的下三角矩阵，且非零元素全为1，N为车辆行驶工况的步长，a为所述燃料电池汽车的加速度矩阵。
[0031]优选地，根据所述凸规划模型确定所述燃料电池汽车的最优行驶路径及最优车速轨迹，具体包括：
[0032]根据所述凸规划模型，利用OSQP求解器确定所述燃料电池汽车的最优行驶路径及最优车速轨迹。
[0033]优选地，采用基于交替方向乘子法的能量管理方法，确定所述燃料电池汽车各个动力源的输出功率，具体包括：
[0034]所述交替方向乘子法的目标函数如第五公式，所述第五公式为：
[0035][0036]式中，J为目标函数，P
tra
(t)为t时刻所述燃料电池汽车驱动的需求功率，P
b
(t)为t时刻动力电池的化学能，η
dcac
为与DC总线连接的DC/AC变换器的效率，η
dcdc
为与燃料电池连接的DC/DC变换器的效率，f
k
()为燃料电池化学能的二次拟合函数，h
k
()为电机电能的二次拟合函数，g
k
()为动力电池化学能的二次函数。
[0037]优选地，g
k
(P
b
(t))如第六公式，所述第六公式为：
[0038][0039]式中，P
b
(t)为t时刻动力电池的化学能，R
b
为动力电池的内阻，V
oc
为动力电池的开路电压。
[0040]优选地，所述交替方向乘子法的约束函数如第七公式，所述第七公式为：
[0041][0042]式中，P
b,max
和P
b,min
分别为动力电池功率的上界和下界，P
fc,max
和P
fc,min<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于凸优化的燃料电池汽车节能驾驶方法，其特征是，包括：获取燃料电池汽车在不同速度下匀速行驶的耗氢量并绘制静态氢耗图；获取所述燃料电池汽车行车路线的交通信息；根据所述静态氢耗图和所述交通信息，确定所述燃料电池汽车行驶的最优绿灯窗口，并根据所述最优绿灯窗口确定最优行驶路径的搜索区域；以所述燃料电池汽车总需求功率累计最小为优化目标，结合所述搜索区域建立凸规划模型，根据所述凸规划模型确定所述燃料电池汽车的最优行驶路径及最优车速轨迹；根据所述最优车速轨迹，采用基于交替方向乘子法的能量管理方法，确定所述燃料电池汽车各个动力源的输出功率。2.如权利要求1所述的方法，其特征是，根据所述静态氢耗图和所述交通信息，确定所述燃料电池汽车行驶的最优绿灯窗口，具体包括：根据所述静态氢耗图和所述交通信息，利用动态规划确定所述燃料电池汽车的最优匀速行驶路径；将所述最优匀速行驶路径上信号灯的绿灯周期记为最优绿灯窗口，得到多个最优绿灯窗口。3.如权利要求1所述的方法，其特征是，根据所述最优绿灯窗口确定最优行驶路径的搜索区域，具体包括：获取每个所述最优绿灯窗口的开始时间节点和终止时间节点；根据相邻所述最优绿灯窗口的开始时间节点，确定所述最优行驶路径的上边界；根据相邻所述最优绿灯窗口的终止时间节点，确定所述最优行驶路径的下边界；所述上边界和所述下边界组成所述最优行驶路径的搜索区域。4.如权利要求2所述的方法，其特征是，以所述燃料电池汽车总需求功率累计最小为优化目标，结合所述搜索区域建立凸规划模型，具体包括：所述凸规划模型的目标函数如第一公式，所述第一公式为：式中，a为所述燃料电池汽车的加速度矩阵，a
T
为所述加速度矩阵的转置，J为目标函数，所述目标函数为所述燃料电池汽车总需求功率，Q和c
T
分别如第二公式和第三公式，所述第二公式为：式中，ρ
a
为空气密度，A为迎风面积，c
d
为空气阻力系数，为所述燃料电池汽车全路段的平均速度，Ψ为(N
‑
1)
×
(N
‑
1)的下三角矩阵，且非零元素全为1，N为车辆行驶工况的步长，M为整车质量；所述第三公式为：c
T
＝C
r
MgΦ
T
Ψ式中，C
r
为滚动阻力系数，M为整车质量，g为重力加速度，Φ为元素全为1的(N
‑
1)维列向量，Ψ为(N
‑
1)
×
(N
‑
1)的下三角矩阵，且非零元素全为1，N为车辆行驶工况的步长。5.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述凸规划模型的约束函数如第四公式，所述
第四公式为：式中，v
max
和v
min
分别为所述燃料电池汽车的最大速度和最小速度，a
max
和a
min
分别为所述燃料电池汽车的最大加速度和减速度，s
upper
和s
lower
分别为最优行驶路径的搜索区域的上边界和下边界，Φ为元素全为1的(N

【专利技术属性】
技术研发人员：魏小栋，卢程，王俊杰，何杰，
申请(专利权)人：湖南精准信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：