融合挡位优化的商用车预见性节能巡航分层控制方法技术

本发明专利技术涉及融合挡位优化的商用车预见性节能巡航分层控制方法，包含步骤：获取变速箱各挡位速比、动系机械效率、主减速器传动比、发动机输出扭矩、车轮半径、空气阻力系数、车辆迎风面积、空气密度、重力加速度、道路坡度、纵向行驶速度、驾驶员参考车速、车辆当前位置、限速、发动机当前转速、变速器当前挡位、车重、车轮滚动阻力系数；计算车辆驱动力；列出商用车纵向动力学模型、商用车能耗模型；建立预测巡航分层控制模型上层；计算最优车辆驱动力、最优车速；建立预测巡航分层控制模型下层；得到最优变速器挡位；计算最优发动机转速、最优发动机力矩。本发明专利技术在商用车上实现不同工作状态最优挡位离线优化；实现节能为首要指标的档位优化目的。优化目的。优化目的。

【技术实现步骤摘要】
融合挡位优化的商用车预见性节能巡航分层控制方法


[0001]本专利技术涉及应用模型预测控制的商用车预见性驾驶
，具体地涉及融合挡位优化的商用车预见性节能巡航分层控制方法。

技术介绍

[0002]商用车产业的快速发展对我国的能源短缺问题带来了巨大挑战，提高重型商用车效率对于我国能源战略实施意义重大。截至2020年底，我国高速公路总里程达到16.1万公里，公路运输总量为342.64亿吨，公路货运周转量60172亿吨公里，载货量大、效率高的商用车是主力车型。虽然国内外领先企业及研究院均对商用车市场前景持乐观态度，但随着重型商用车保有量的增加，其日益严重的能耗问题给我国的能源和环境带来巨大压力。由于商用车多行驶于高速公路或城市快速路上，研究商用车的预见性节能巡航技术对我国汽车产业转型升级、形成绿色环保型社会有着重要的工程价值和经济意义；
[0003]然而，在预见性节能巡航的优化问题构建中，车辆挡位是一个明显的离散变量，引入过多的离散变量往往使得优化问题更复杂，且不利于求解速度；
[0004]现有技术对于上述问题，其聚焦点在于乘用车领域，而没有涉及商用车领域；具体来说：
[0005]对于乘用车来说，现有方法常将挡位切换操作表达为升挡/保持/降挡三类动作，从而减少离散变量个数；
[0006]但与乘用车相比，商用车具有较多的挡位数量，不同挡位又表现出迥异的动力学特性，因此，传统的升挡/保持/降挡控制方法不再适用于挡位更多的商用车。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对上述问题，提供融合挡位优化的商用车预见性节能巡航分层控制方法，其目的在于在商用车上实现以将不同车辆工作状态下的最优挡位进行离线优化，填补现有技术在商用车领域没有档位切换控制技术的空白；实现节能做为首要指标的前提下的档位优化目的。
[0008]为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案为：
[0009]融合挡位优化的商用车预见性节能巡航分层控制方法，包含以下步骤：
[0010]S100.获取挡位速比、挡位、动系机械效率、主减速器传动比、发动机输出扭矩、车轮半径、空气阻力系数、车辆迎风面积、空气密度、重力加速度、道路坡度、纵向行驶速度、驾驶员参考车速、车辆当前位置、限速、发动机当前转速、车重和车轮滚动阻力系数；
[0011]然后，根据所述挡位速比、所述挡位、所述动系机械效率、所述主减速器传动比、所述发动机输出扭矩、所述车轮半径、所述空气阻力系数、所述车辆迎风面积、所述空气密度、所述重力加速度、所述道路坡度、所述纵向行驶速度、所述车重和所述车轮滚动阻力系数，列出商用车纵向动力学模型；
[0012]S101.获取车辆驱动力；
[0013]然后根据所述车辆驱动力和S100中所述纵向行驶速度，列出商用车能耗模型；
[0014]S200.建立预测巡航分层控制模型的上层；然后根据所述预测巡航分层控制模型的上层，计算得到最优车辆驱动力和最优车速；
[0015]S300.建立预测巡航分层控制模型的下层；然后根据所述预测巡航分层控制模型的下层，计算得到最优发动机转速和最优发动机力矩；
[0016]S400.输出所述最优车辆驱动力、所述最优车速、所述最优挡位、所述最优发动机转速和所述最优发动机力矩，即为本分层控制方法的最终结果。
[0017]优选地，S100中根据所述挡位速比、所述挡位、所述动系机械效率、所述主减速器传动比、所述发动机输出扭矩、所述车轮半径、所述空气阻力系数、所述车辆迎风面积、所述空气密度、所述重力加速度、所述道路坡度、所述纵向行驶速度、所述车重和所述车轮滚动阻力系数，列出商用车纵向动力学模型，具体包含以下步骤：
[0018]S110.根据所述挡位速比、所述挡位、所述动系机械效率、所述主减速器传动比、所述发动机输出扭矩和所述车轮半径，计算得到车辆驱动力；
[0019]S120.根据所述空气阻力系数、所述车辆迎风面积、所述空气密度、所述重力加速度、所述道路坡度、所述纵向行驶速度、所述车重和所述车轮滚动阻力系数，计算得到车辆行驶过程所受的行驶阻力；
[0020]S130.根据所述车辆驱动力和所述纵向行驶速度，得到所述商用车纵向动力学模型；
[0021]根据S101中所述车辆驱动力和S100中所述纵向行驶速度，拟合出商用车能耗模型数学多项式表达形式，即为商用车能耗模型。
[0022]优选地，S200具体包含以下步骤：
[0023]S210.根据所述商用车能耗模型、所述纵向行驶速度和所述驾驶员参考车速，建立目标函数；
[0024]S220.根据所述纵向行驶速度、所述车辆驱动力、所述行驶阻力、所述车重、所述等效质量系数、所述限速、车辆驱动力理论最大值和车辆驱动力理论最小值，对所述目标函数进行约束；
[0025]S230.根据所述驾驶员参考车速、所述车辆当前位置、所述道路坡度、所述限速、所述发动机当前转速、所述发动机输出扭矩、所述挡位、关于车辆车速与驱动力的挡位优化MAP和燃油消耗MAP，计算得到所述最优车辆驱动力和所述最优车速；
[0026]所述关于车辆车速与驱动力的挡位优化MAP和所述燃油消耗MAP通过发动机转速序列、发动机力矩序列、车辆理论上能够输出驱动力序列、车辆理论上能够输出车速序列、对应于不同发动机转速的燃油消耗率和对应于不同发动机力矩的燃油消耗率计算得到；
[0027]S240.输出所述最优车辆驱动力和所述最优车速。
[0028]优选地，S300具体包含以下步骤：
[0029]S310.根据所述关于车辆车速与驱动力的挡位优化MAP、所述燃油消耗MAP、所述最优车辆驱动力和所述最优车速，查表得到所述最优挡位、最优发动机转速和最优发动机力矩；
[0030]S320.输出所述最优挡位、最优发动机转速和最优发动机力矩。
[0031]优选地，所述车辆驱动力按下式表达：
[0032][0033]其中：F
t
为所述车辆驱动力；η
t
为所述动系机械效率；I0为所述主减速器传动比；I
g
为所述挡位速比；i
g
为所述挡位；r
w
为所述车轮半径；T
e
为所述发动机输出扭矩；k为当前时刻；
[0034]所述行驶阻力按下式表达：
[0035][0036]其中：F
arg
(k)为所述行驶阻力；C
D
为所述空气阻力系数；A为所述车辆迎风面积；ρ为所述空气密度；v为所述纵向行驶速度；θ为所述道路坡度。
[0037]优选地，所述商用车能耗模型按下式表达：
[0038][0039]其中：为预测时域内的最优能耗；m和n都为多项式拟合阶次；h
ij
为多项式拟合系数；i和j都为计数序列。
[0040]优选地，所述目标函数按下式表达：
[0041][0042]其中：κ(v(N)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种融合挡位优化的商用车预见性节能巡航分层控制方法，其特征在于：包含以下步骤：S100.获取挡位速比、挡位、动系机械效率、主减速器传动比、发动机输出扭矩、车轮半径、空气阻力系数、车辆迎风面积、空气密度、重力加速度、道路坡度、纵向行驶速度、驾驶员参考车速、车辆当前位置、限速、发动机当前转速、车重和车轮滚动阻力系数；然后，根据所述挡位速比、所述挡位、所述动系机械效率、所述主减速器传动比、所述发动机输出扭矩、所述车轮半径、所述空气阻力系数、所述车辆迎风面积、所述空气密度、所述重力加速度、所述道路坡度、所述纵向行驶速度、所述车重和所述车轮滚动阻力系数，列出商用车纵向动力学模型；S101.获取车辆驱动力；然后根据所述车辆驱动力和S100中所述纵向行驶速度，列出商用车能耗模型；S200.建立预测巡航分层控制模型的上层；然后根据所述预测巡航分层控制模型的上层，计算得到最优车辆驱动力和最优车速；S300.建立预测巡航分层控制模型的下层；然后根据所述预测巡航分层控制模型的下层，计算得到最优发动机转速和最优发动机力矩；S400.输出所述最优车辆驱动力、所述最优车速、所述最优挡位、所述最优发动机转速和所述最优发动机力矩，即为本分层控制方法的最终结果。2.根据权利要求1所述的融合挡位优化的商用车预见性节能巡航分层控制方法，其特征在于：S100中根据所述挡位速比、所述挡位、所述动系机械效率、所述主减速器传动比、所述发动机输出扭矩、所述车轮半径、所述空气阻力系数、所述车辆迎风面积、所述空气密度、所述重力加速度、所述道路坡度、所述纵向行驶速度、所述车重和所述车轮滚动阻力系数，列出商用车纵向动力学模型，具体包含以下步骤：S110.根据所述挡位速比、所述挡位、所述动系机械效率、所述主减速器传动比、所述发动机输出扭矩和所述车轮半径，计算得到车辆驱动力；S120.根据所述空气阻力系数、所述车辆迎风面积、所述空气密度、所述重力加速度、所述道路坡度、所述纵向行驶速度、所述车重和所述车轮滚动阻力系数，计算得到车辆行驶过程所受的行驶阻力；S130.根据所述车辆驱动力和所述纵向行驶速度，得到所述商用车纵向动力学模型；根据S101中所述车辆驱动力和S100中所述纵向行驶速度，拟合出商用车能耗模型数学多项式表达形式，即为商用车能耗模型。3.根据权利要求2所述的融合挡位优化的商用车预见性节能巡航分层控制方法，其特征在于：S200具体包含以下步骤：S210.根据所述商用车能耗模型、所述纵向行驶速度和所述驾驶员参考车速，建立目标函数；S220.根据所述纵向行驶速度、所述车辆驱动力、所述行驶阻力、所述车重、所述等效质量系数、所述限速、车辆驱动力理论最大值和车辆驱动力理论最小值，对所述目标函数进行约束；S230.根据所述驾驶员参考车速、所述车辆当前位置、所述道路坡度、所述限速、所述发动机当前转速、所述发动机输出扭矩、所述挡位、关于车辆车速与驱动力的挡位优化MAP和
燃油消耗MAP，计算得到所述最优车辆驱动力和所述最优车速；所述关于车辆车速与驱动力的挡位优化MAP和所述燃油消耗MAP通过发动机转速序列、发动机力矩序列、车辆理论上能够输出驱动力序列、车辆理论上能够输出车速序列、对应于不同发动机转速的燃油消耗率和对应于不同发动机力矩的燃油消耗率计算得到；S240.输出所述最优车辆驱动力和所述最优车速。4.根据权利要求3所述的融合挡位优化的商用车预见性节能巡航分层...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴怀主，刘双平，余建华，郝奕，程欢，吕婷婷，陈虹，黄岩军，洪金龙，李咸宁，
申请(专利权)人：东风商用车有限公司，
类型：发明
国别省市：