一种基于车速规划的飞行汽车电池系统可用能估计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于车速规划的飞行汽车电池系统可用能估计方法，涉及飞行汽车技术领域，本发明专利技术通过建立基于交通流信息的未来车速规划模型，引入飞行汽车未来行驶工况，建立飞行汽车能耗预测模型和电池模型，预测系统能耗和电池非线性输出特性，从而提升剩余可用能估计准确度，进而提升飞行汽车续驶里程估计精度

【技术实现步骤摘要】
一种基于车速规划的飞行汽车电池系统可用能估计方法


[0001]本专利技术涉及飞行汽车
，涉及一种基于车速规划的飞行汽车电池系统可用能估计方法，具体涉及一种基于未来车速规划的飞行汽车电池系统剩余可用能估计方法
。

技术介绍

[0002]目前，飞行汽车的能源管理系统主要分为混合动力能源系统和纯电动系统
。
受限于电池状态估计精度差，致使飞行汽车的剩余可用能估计精度低，进一步导致续驶里程估计精度差，导致驾驶员驾驶飞行汽车时需要预留一部分显示电量来避免在放电后期可用能量因估计不准确导致的快速下降，剩余可用能估计不精确
。
[0003]飞行汽车的可用能受系统能耗影响，而系统能耗受工况影响大，现有续驶里程估计方法仅与当前剩余能量相关，忽略了未来工况变化和驾驶员风格，致使剩余可用能估计不精确
。
[0004]此外，由于能源系统呈现非线性输出特性，特别是电池系统，在低电压阶段能量下降速度高于高电压阶段，现有算法忽略这一特性导致可用能估计不准确
。
由于可用能估计不准确，进而致使飞行汽车续驶里程估计不准确，引发驾驶员里程焦虑；可用能误差大，导致能源管理系统对电池系统使用边界估计不准确，存在在空中阶段失去动力的风险，进而导致安全隐患
。
[0005]因此针对提升飞行汽车电池剩余可用能估计的准确度十分重要
。
目前，已有大量关于电池剩余可用能估计的研究，比如，中国专利
CN111999657B、CN111398828B、CN112798961A。

技术实现思路

[0006]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种基于车速规划的飞行汽车电池系统可用能估计方法，本专利技术通过建立基于交通流信息的未来车速规划模型，引入飞行汽车未来行驶工况，建立飞行汽车能耗预测模型和电池模型，预测系统能耗和电池非线性输出特性，从而提升剩余可用能估计准确度，进而提升飞行汽车续驶里程估计精度
、
避免突然失去动力引发事故
。
[0007]本专利技术提供了一种基于车速规划的飞行汽车电池系统可用能估计方法，具体包括：步骤一：基于交通流信息建立未来车速规划系统，获得飞行汽车行驶速度；所述飞行汽车行驶速度包括：飞行汽车地面行驶的最优未来车速和空中行驶的平均飞行速度；优选的，步骤一所述基于交通流信息的未来车速规划系统包括两个子模型：地面车速规划模型和空中车速规划模型；基于所述空中车速规划模型获得飞行汽车空中行驶的平均飞行速度；飞行汽车根据出发地和目的地之间的航线
、
飞行时间计算空中行驶的平均飞行速度；假设该实施例空
中飞行距离为
x km
，时间为
y h
，则该飞行汽车在空中行驶的速度为
x/y km/h,x,y
＞
0。
[0008]基于所述地面车速规划模型获得飞行汽车地面行驶的最优未来车速；具体步骤包括：获取道路环境中交通流信息；所述交通流信息包括：单车和他车的当前位置
、
速度和交通信号灯状态信息；利用 V2V 和 V2I 通信获取道路环境中自车和他车的当前位置
、
速度
、
交通信号灯状态信息；将所述交通流信息通过交通信号正时模型计算自车或他车车辆以绿灯状态通过信号灯时的速度范围；确定车辆动力性能和优化目标；建立车辆能耗模型；基于所述速度范围
、
车辆动力性能
、
优化目标和车辆能耗模型建立车辆未来车速优化目标函数，通过对所述车速优化目标函数进行寻优，获得车辆最优未来车速
。
[0009]进一步的，所述车辆动力性能为整车功率的需求；所述优化目标为混合动力的飞行汽车车辆燃油经济性
、
道路顺畅性
、
安全性；所述混合动力的飞行汽车车辆燃油经济性通过整车能耗
、
电耗和碳排判断；所述道路通畅性通过交通流拥堵时间
、
等待时间和低速运行时间判断；所述车辆的安全性通过多车车辆之间的平均车距和最小车距判断
。
[0010]本专利技术技术方案利用交通流模型和模型预测控制算法求解混合动力汽车单车车车辆队列的最优车速，减少车辆的加减速和停车次数，从而提升车辆的燃油经济性
。
[0011]进一步的，所述他车车辆队列表达式为：其中，
x
i
(
•
)
为第
i
辆车基于交通信号正时模型的状态量，
i=1,2,3
…
I
，表示
I
辆车辆的总数；
t
为车辆行驶的第
t
时刻，
t=1,2,3
…
n
，
n
为车辆行驶的总时刻，
f
i
(
•
)
为车辆状态量与控制量之间关系的函数；
a
i
（
t
）为第
i
辆车行驶第
t
时刻的加速度，
m/s2，
Δ
t
为地面车速规划子模型时间步长；
v
i
（
t
）为第
i
辆车行驶第
t
时刻的速度，单位为
m/s
；
F
f
是由轮胎变形和损耗引起的摩擦滚动阻力，单位为
N
；
F
w
是车辆受到的空气阻力，单位为
N
；
Fo
为车辆受到的坡度阻力，单位为
N
；
F
j
是加速阻力，单位为
N
；
s
i
′
为第
i
辆车的当前位置，
s
i
（
t
）为第
i
辆车行驶第
t
时刻的位置；
T
为矩阵转置符号
。
[0012]进一步的，所述车辆能耗模型的表达式为：进一步的，所述车辆能耗模型的表达式为：
其中，为第
i
辆车行驶第
t
时刻的燃料质量的有效驱动功率；
t
为车辆行驶的第
t
时刻，
t=1,2,3
…
n
，
n
为车辆行驶的总时刻；
η
ieff
为第
i
辆车的驱动效率；
H
LHV
为燃油的低热值；
P
idrive
（
t
）为第
i
辆车行驶第
t
时刻有效驱动功率；
ρ
为空气密度；
C
d
为车辆空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于车速规划的飞行汽车电池系统可用能估计方法，其特征在于，包括：步骤一
、
基于交通流信息建立未来车速规划系统，获得飞行汽车行驶速度；步骤二
、
建立飞行汽车能耗预测系统，基于步骤一所述飞行汽车行驶速度获得飞行汽车未来车速对应的地面阶段能耗
、
姿态切换阶段能耗和空中阶段能耗；步骤三
、
基于步骤一所述飞行汽车行驶速度和步骤二所述飞行汽车地面阶段能耗
、
姿态切换阶段能耗和空中阶段能耗，建立飞行汽车的电池系统剩余可用能估计模型，通过所述飞行汽车的电池系统剩余可用能估计模型获得飞行汽车电池剩余可用能
。2.
根据权利要求1所述的飞行汽车电池系统可用能估计方法，其特征在于，步骤一所述未来车速规划系统包括地面车速规划模型
。3.
根据权利要求2所述的飞行汽车电池系统可用能估计方法，其特征在于，基于所述地面车速规划模型获得飞行汽车地面行驶的最优未来车速，具体步骤包括：获取道路环境中交通流信息；将所述交通流信息输入交通信号正时模型计算车辆以绿灯状态通过信号灯时的速度范围；确定车辆动力性能和优化目标；建立车辆能耗模型；基于所述速度范围
、
车辆动力性能
、
优化目标和车辆能耗模型建立车辆未来车速优化目标函数，通过对所述车辆未来车速优化目标函数进行寻优，获得飞行汽车地面行驶的最优未来车速
。4.
根据权利要求3所述的飞行汽车电池系统可用能估计方法，其特征在于，所述车辆未来车速优化目标函数的表达式为：其中，
J
为成本函数值，
k
为第
k
个电池剩余可用能预测时刻，
k=1,2,3
…
K
，
K
表示电池剩余可用能预测总时刻，
t
为车辆行驶的第
t
时刻，
t=1,2,3
…
n
，
n
为车辆行驶的总时刻；
T
为模型预测控制的时间窗口；
б1为目标函数中车辆能耗优化项的权值系数，
ꢀꢀ
为车辆行驶第
t
时刻的燃料质量， Δ
t
为地面车速规划子模型时间步长；
s
（
t
ꢀ‑
1+T
）为车辆行驶第
t
‑1时刻的位置，
s
（
t
）为车辆行驶第
t
时刻的位置；
б2为目标函数中车辆行驶速度优化项的权值系数，
v
（
t
）为车辆行驶第
t
时刻的速度；
v
target
（
t
）为车辆行驶第
t
时刻的目标车速；
б3为目标函数中车辆行驶加速度优化项的权值...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世春，周思达，陈飞，陈昌龙，高子超，李傲杰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：