CN109334671B - 基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能系统和方法,该系统包括:速度传感器、加速度传感器、毫米波雷达、拥堵等级分级模块、能耗计算模块、最优操作模式控制模块、视觉模块和语音模块。该方法包括以下步骤:确定当前分级周期的道路拥堵等级;建立下一分级周期的能耗优化算法模型;计算出下一分级周期的最优行驶速度曲线;确定下一分级周期的最优操作模式;对比下一分级周期的车辆实时驾驶行为与下一分级周期的最优操作模式,确定是否进行语音提示和辅助驾驶。本发明实现了电动汽车不同道路拥堵等级的能耗最优操作行为模式的实时视觉提醒和语音警示,达到减少电动汽车的能源消耗,增加续航里程的目的。

Description

基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能系统和方法
技术领域
本发明涉及纯电动汽车驾驶技术领域,尤其涉及基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能系统和方法。
背景技术
随着全球变暖和温室气体排放等日益严峻的环境问题以及石油危机,使得节能减排成为各大汽车制造商和政府热切关注的问题。在这样的时机之下,新能源汽车成为研究的热点。
纯电动汽车因其零污染、低噪声、高效率、结构简单、维修方便等优点,逐渐受到人们的关注。但其续航能力和动力性能是纯电动汽车面临的最大问题,特别是在城市道路拥堵时,纯电动汽车行驶过程中的走走停停,频繁启动、加速、制动会比正常行驶耗费更多的电能,这将大大降低纯电动汽车的续航里程。
影响纯电动汽车能源消耗的因素主要有车辆技术、道路环境条件及汽车运用三大方面。车辆技术决定了车辆本身的能源经济性水平,当前纯电动汽车的电池问题是影响其推广最大的阻碍,通过改善车辆技术提高续航里程是一种成本较高且耗时很长的方式;道路环境条件是客观实际存在,在短时内也是难以改变的;汽车运用水平则是能否有效实现汽车较高动力效能的保障,据研究表明,驾驶行为可以引起纯电动汽车30%行驶里程范围的变化,将节能融入日常驾驶行为是一种见效快、成本低的方法。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的是提出基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能系统和方法,实现了电动汽车不同道路拥堵等级的能耗最优操作行为模式的实时视觉提醒和语音警示,使驾驶员在不同的拥堵等级都能以最优操作模式进行驾驶,达到减少电动汽车的能源消耗,增加续航里程的目的。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以解决。
技术方案一:
基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能系统,包括:速度传感器、加速度传感器、毫米波雷达、拥堵等级分级模块、能耗计算模块、最优操作模式控制模块、视觉模块和语音模块;
所述速度传感器和加速度传感器分别与车辆OBD接口电连接,所述速度传感器和毫米波雷达将信号传输给所述拥堵等级分级模块,所述拥堵等级分级模块对当前交通环境的拥堵情况进行分级后,将道路拥堵等级传输给能耗计算模块,所述能耗计算模块接收速度传感器和加速度传感器的电信号,并根据接收到的道路拥堵等级选择对应能耗计算模型,输出最优行驶速度曲线,并将最优行驶速度曲线传输给最优操作模式控制模块,所述最优操作模式控制模块分别与视觉模块、语音模块和车辆的电机输出控制模块连接。
本发明技术方案一的特点和进一步的改进为:
(1)所述速度传感器,用于采集车辆的行驶速度,并将车辆的行驶速度信号分别传输给拥堵等级分级模块和能耗计算模块。
所述加速度传感器,用于采集车辆的行驶加速度,并将车辆的行驶加速度信号传输给能耗计算模块。
所述毫米波雷达,用于采集车辆与前车的纵向距离,并将车辆与前车的纵向距离信号传输给拥堵等级分级模块。
所述拥堵等级分级模块,用于根据车辆的行驶速度和车辆与前车的纵向距离,确定道路拥堵等级分级模型。
所述能耗计算模块,用于根据车辆的行驶速度和车辆的行驶加速度,计算车辆实时能耗。
所述能耗计算模块,用于根据道路拥堵等级选择对应的能耗计算模型,推导出最低能耗下的最优行驶速度曲线,并将最优行驶速度曲线传输给最优操作模式控制模块。
所述最优操作模式控制模块,用于将最优行驶速度曲线与车辆操作模式库进行匹配,得到最优操作模式,并将最优操作模式传输给视觉模块。
所述最优操作模式控制模块,还用于根据实时行驶速度曲线偏离最优行驶速度曲线的程度,确定是否进行语音提示。
所述最优操作模式控制模块,还用于根据驾驶员的实际操作与最优操作模式的差异,确定是否调节电机输出扭矩。
所述视觉模块用于向驾驶员显示最优操作模式。
所述语音提示模块,用于提醒驾驶员注意驾驶行为。
所述最优操作模式包含加速踏板开度、制动踏板开度和实时行驶速度与最优行驶速度曲线对比图。
(2)所述速度传感器和加速度传感器安装于车辆内部。
所述毫米波雷达安装于车辆前方车牌上;
所述视觉模块集成于车载显示器内;
所述语音提示模块内嵌于车辆操作台。
技术方案二:
基于不同道路拥堵等级的电动汽车节能辅助方法,包括以下步骤:
步骤1,根据道路拥堵等级划分阈值,确定道路拥堵等级;包含以下子步骤:
步骤1a,设定分级周期;
步骤1b,设定道路拥堵等级划分阈值为:
当v≥40km/h,d≥10m时,道路拥堵等级为“畅通”;
当v∈[25,40)km/h,d∈[5,10)m时,道路拥堵等级为“轻微拥堵”;
当v∈[15,25)km/h,d∈[3,5)m时,道路拥堵等级为“拥堵”;
当v∈[0,15)km/h,d∈[0,3)m时,道路拥堵等级为“非常拥堵”;
其中,d=max{dt},vt为当前分级周期内t时刻的车辆的行驶速度,M为当前分级周期内的采样时刻总数量;dt为当前分级周期内t时刻的车辆与前车的纵向距离;
步骤1c,连续获取当前分级周期内各个采样时刻车辆的行驶速度和车辆与前车的纵向距离;
步骤1d,根据道路拥堵等级划分阈值,确定当前分级周期的道路拥堵等级;
步骤2,根据当前分级周期的道路拥堵等级,确定当前分级周期对应的道路拥堵等级下的总能耗计算模型;根据当前分级周期对应的道路拥堵等级下的总能耗计算模型,建立下一分级周期的能耗优化算法模型;
步骤3,根据下一分级周期的能耗优化算法模型,计算出下一分级周期的最优行驶速度曲线;包含以下子步骤:
步骤4,根据下一分级周期的最优行驶速度曲线,确定下一分级周期的最优操作模式;包含以下子步骤:
步骤4a,将下一分级周期的最优行驶速度曲线与车辆的操作模式库进行比对,得到下一分级周期的最优操作模式;
步骤4b,将下一分级周期的最优行驶速度曲线和下一分级周期的最优操作模式传输给视觉模块;
步骤5,对比下一分级周期的车辆实时驾驶行为与下一分级周期的最优操作模式,确定是否进行语音提示和辅助驾驶;包含以下子步骤:
步骤5a,对比下一分级周期的车辆实时行驶速度与下一分级周期的最优行驶速度曲线,确定是否进行语音提示;
步骤5b,对比下一分级周期的最优操作模式下的加速踏板和制动踏板开度与下一分级周期的实际开度,确定是否进行辅助驾驶。
本发明技术方案二的特点和进一步的改进为:
(1)步骤2包含以下子步骤:
步骤2a,根据当前分级周期内各个采样时刻车辆的行驶速度和车辆的行驶加速度,将当前分级周期划分为多个片段,每个片段具体是加速片段、减速片段、匀速片段或怠速片段,建立不同片段的能耗计算模型为:
其中,ECRq为不同片段对应的能源消耗率,q为工况片段代号,q=1,2,3,4,q=1代表加速片段,q=2代表减速片段,q=3代表匀速片段,q=4代表怠速片段;v为车辆的行驶速度;a为车辆的行驶加速度;a>0对应的公式为加速片段的能源消耗率,a<0对应的公式为减速片段的能源消耗率,a=0且v≠0对应的公式为匀速片段的能源消耗率,a=0且v=0对应的公式为怠速片段的能源消耗率;lij是速度功率指数为i,加速度功率指数为j时,加速片段下的能源消耗率指数;mij是速度功率指数为i,加速度功率指数为j时,减速片段下的能源消耗率指数;ni是速度功率指数为i时匀速片段下的能源消耗率指数;i是速度功率指数,i=0,1,2,3,j是加速度功率指数,j=0,1,2,3;是怠速时的平均能量消耗率;
根据不同片段的能耗计算模型,建立当前分级周期内对应的道路拥堵等级下的总能耗计算模型为:
其中,Ex为当前分级周期内对应的道路拥堵等级下的能耗值;Nq为每个拥堵等级下各类片段的数量;x为道路拥堵等级代号,x=1,2,3,4,当x=1时,道路拥堵等级为“畅通”,x=2时道路拥堵等级为“轻微拥堵”,x=3时道路拥堵等级为“拥堵”,x=4时道路拥堵等级为“非常拥堵”;ωx为不同道路拥堵等级下的道路能耗经济性指数,x=1时,ω=0.2;x=2时ω=0.5;x=3时,ω=0.7;x=4时,ω=1;
步骤2b,根据当前分级周期的道路拥堵等级下的总能耗计算模型,建立下一分级周期的能耗优化算法模型为:
f(vi)=min{Ex};
约束条件为:
(Ⅰ)车辆的行驶速度约束条件为:v≤min{vv-max,vr-max};
(Ⅱ)车辆的行驶加速度约束条件为:
其中,f(vi)为下一分级周期的能耗经济值,vi为下一分级周期内的i时刻车辆的行驶速度;vv-max为车辆自身的最大设计行驶速度,vr-max为道路限速值;amax为车辆行驶的加速度最大值,amin为车辆行驶的减速度最小值,vt+1为下一分级周期内的t+1时刻的车辆的行驶速度,vt为下一分级周期内的t时刻的车辆的行驶速度,Δt为下一分级周期内的t+1时刻与t时刻的时间差值。
(2)步骤2a中,
其中,Et为当前分级周期内t时刻的怠速片段的能源消耗率,N4为当前分级周期内怠速片段的总数量。
(3)步骤5a中,当下一分级周期的实时行驶速度超过下一分级周期的最优行驶速度曲线对应的速度的20%时,语音模块提示:请减速慢行;当下一分级周期的实时行驶速度低于下一分级周期的最优行驶速度曲线对应速度的20%时,语音模块提示:请提高车速。
(4)步骤5b中,当下一分级周期的加速踏板开度大于下一分级周期的最优操作模式提醒的开度时,控制电机输出扭矩减少;当下一分级周期的加速踏板开度小于下一分级周期的最优操作模式提醒的开度时,控制电机输出扭矩增加;当下一分级周期的制动踏板开度大于下一分级周期的最优操作模式提醒的开度时,增加车辆的再生制动的能量回收,当下一分级周期的制动踏板开度小于下一分级周期的最优操作模式提醒的开度时,辅助增加车辆的制动力,保持安全车距。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:建立了不同拥堵等级下电动汽车的能耗优化模型,以此来指导电动汽车的驾驶操作模式,实现了电动汽车在不同道路拥堵等级下的能耗经济值,并以此为目标推导出了不同道路拥堵等级下的最优操作模式,并将最优操作模式具体化后设置视觉提醒和语音提示,使驾驶员在不同的拥堵水平下都能以最优节能操作模式进行驾驶,达到减少纯电动汽车的能源消耗,增加续航里程的目的。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明的基于不同道路拥堵等级的电动汽车节能辅助系统的信息传输图。
图2为本发明的基于不同道路拥堵等级的电动汽车节能辅助方法步骤流程图。
图3为本发明的能源经济性随道路拥堵等级的变化曲线。
图4为本发明的视觉模块显示界面图。
图5为本发明中车辆的实时行驶速度与最优行驶速度曲线对比图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域的技术人员将会理解,以下实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。
参考图1,本发明实施例提供的基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能系统,包括:用于采集车辆的行驶速度的速度传感器、用于采集车辆的行驶加速度的加速度传感器、用于采集车辆与前车纵向距离的毫米波雷达、拥堵等级分级模块、能耗计算模块、最优操作模式控制模块、视觉模块和语音模块。
速度传感器和加速度传感器分别用于采集行车过程中的速度和加速度,并连接在车辆OBD接口上,毫米波雷达位于车辆前方,内嵌安装于车辆车牌上方,用于采集周围交通环境信息,具体地是采集车辆与前车的纵向距离。
拥堵等级分级模块置于51单片机内,包含具有数据处理能力的中央处理器,以超高速率接收速度传感器和毫米波雷达采集的数据,拥堵等级分级模块根据设定的拥堵等级分级阈值对实时道路交通环境进行分级,并将分级信息传输给能耗计算模块。
能耗计算模块实时接收速度传感器和加速度传感器采集的车辆的行驶速度和加速度,并以速度和加速度为输入函数,能源消耗率为输出函数;同时还接收拥堵等级分级模块传输的拥堵等级信息,根据该拥堵等级下的能耗计算模型计算出该拥堵等级下的电动汽车能耗;能耗计算模块集成于上述的51单片机上,此单片机内嵌于车辆中控台,通过车辆为其上电,提供能量源。
最优操作模式控制模块,用于接收能耗计算模块输出的最优行驶速度曲线,并将最优行驶速度曲线与操作模式库进行匹配,输出最优行驶速度曲线对应的最优操作模式。
视觉模块为液晶显示屏,与车载显示屏集成于一体,用于将最优操作模式(如加速踏板开度、制动踏板开度和速度对比图等信息)以形象且可视度高的图标形式展示给驾驶人,以防止驾驶分心引起的不安全驾驶。
语音模块内嵌于车辆操作台,用于在驾驶人的不节能驾驶行为时,提醒驾驶人按照最优操作模式驾驶车辆。
本发明中的信息接收和传输都是通过4G传输技术,传输速率最高100Mbps,可满足实时传输的要求。
本发明实施例还提供基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能方法,基于车辆监测到的数据总结出车辆所处的交通环境的拥堵等级,结合实时车辆的行驶速度和车辆的行驶加速度,形成一套不同道路拥堵等级下的最节能的操作模式,参考图2,所述方法包括如下步骤:
(1)确定当前分级周期的道路拥堵等级
系统启动后,设定分级周期(示例性的,设定分级周期为1min),以单位长度(可根据实际情况进行设置,示例性的,可以设置单位长度为1秒)为间隔,连续获取当前分级周期内车辆的行驶速度和车辆与前车的纵向距离,根据道路拥堵等级阈值对车辆所处的交通拥堵环境进行分级。
具体地,在当前分级周期(1min)内,车辆的平均行驶速度大于等于40km/h,且车辆与前车距离的最大值大于等于10m时,道路拥堵等级划分为“畅通”;当分级周期内,车辆的平均行驶速度在25km/h或25-40km/h之间,且车辆与前车距离的最大值为5m或在5-10m之间时,道路拥堵等级划分为“轻微拥堵”;当分级周期内,车辆的平均行驶速度在15km/h或15-25km/h之间,且车辆与前车距离的最大值为3m或在3-5m之间时,道路拥堵等级划分为“拥堵”;当分级周期内,车辆的平均行驶速度在0km/h或0-15km/h之间,且车辆与前车距离的最大值为0m或在0-3m之间时,道路拥堵等级划分为“非常拥堵”。
(2)建立下一分级周期的能耗优化算法模型
首先,由于道路不同程度的拥堵会使得车辆发生加速、减速、匀速和怠速行为,因此,将当前分级周期划分为多个片段,每个片段可以是加速片段、减速片段、匀速片段和怠速片段中的一种,分别对每个片段建立能耗计算模型。
具体地,在当前分级周期内,当车辆行驶加速度a>0时,为加速片段,当车辆行驶加速度a<0时为减速片段,当车辆行驶加速度a=0,车辆行驶速度v≠0时为匀速片段,当车辆行驶加速度a=0,车辆行驶加速度v=0时为怠速片段。其中,加速片段和减速片段时,选取速度和加速度为变量建立统计回归模型;匀速片段时,选取速度为变量建立统计回归模型,怠速片段时,能源消耗率为逐秒的能源消耗的平均值,综合可知,
其中,ECRq为不同片段对应的能源消耗率,q为工况片段代号,q=1,2,3,4,q=1代表加速片段,q=2代表减速片段,q=3代表匀速片段,q=4代表怠速片段;lij是速度功率指数为i,加速度功率指数为j时,加速片段下的能源消耗率指数;mij是速度功率指数为i,加速度功率指数为j时,减速片段下的能源消耗率指数;ni是速度功率指数为i时匀速片段下的能源消耗率指数;lij、mij和ni是基于电动汽车在当前分级周期的行驶速度和行驶加速度进行多元线性回归而得到的回归系数;i是速度功率指数,i=0,1,2,3,j是加速度功率指数,j=0,1,2,3;
其中,是怠速时的平均能量消耗率,Et为当前分级周期内t时刻的怠速片段的能源消耗率,N4为当前分级周期内怠速片段的总数量;若车辆为带有自动启停系统的电动车,则怠速时不消耗电能,即能耗率为零。
然后,结合当前分级周期的拥堵等级,引入不同道路拥堵等级下的道路能耗经济性指数ωx,建立当前分级周期内对应的道路拥堵等级下的总能耗计算模型为:
车辆在行驶过程中加速、减速、怠速工况所占比例增大是引起电动汽车能耗增加的主要因素。参考图3(陈俊杰,黄文娟,张卫华.城市交通能耗区的识别及等级划分方法研究[J].交通科技,2014(05):128-132.),结合实际情况分析如下:道路状态为“畅通”时,电动汽车行驶的速度往往超过其自身的经济车速,能源利用率不是最优,随着拥堵等级上升为“轻微拥堵”时,车辆基本以平稳的速度运行,加速或减速运动减少,能源的利用率接近最佳状态,当道路拥堵等级达到“拥堵”时,交通流量增多,车辆加速和减速运动频繁,能源利用下降,交通流量增加直到道路拥堵等级为“非常拥堵”时,交通基本呈现为阻塞状态,车辆走走停停,加速、减速、怠速工况所占比例增加,能源利用率极低。因此,根据文献报道和实际情况分析,做出如下设定:Ex为当前分级周期对应的道路拥堵等级下的总的能耗值;Nq为当前拥堵等级下各类片段的数量;x为道路拥堵等级代号,x=1,2,3,4,当x=1时,道路拥堵等级为“畅通”,x=2时道路拥堵等级为“轻微拥堵”,x=3时道路拥堵等级为“拥堵”,x=4时道路拥堵等级为“非常拥堵”;ωx为不同道路拥堵等级下的道路能耗经济性指数,x=1时,ω=0.2;x=2时ω=0.5;x=3时,ω=0.7;x=4时,ω=1;
将当前分级周期的划分为多个各类片段(加速片段、减速片段、匀速片段和怠速片段),每个片段对应一个能源消耗率,对当前分级周期内的所有片段的能源消耗率进行累计求和,即得当前分级周期的总能耗计算模型。
最终,根据当前分级周期对应的道路拥堵等级下的总能耗计算模型,建立下一分级周期的能耗优化算法模型为:f(vi)=min{Ex};
此模型的约束条件为:
(Ⅰ)v≤min{vv-max,vr-max};即车辆在下一分级周期内任一时刻的行驶速度
小于等于车辆自身的最大设计行驶速度和道路限速值两者中的最小值;
即在下一分级周期内,当车辆行驶加速度大于零时,相邻时刻车辆行驶加速度小于等于当前分级周期内的车辆行驶的加速度最大值;当车辆行驶加速度小于零时,相邻时刻车辆行驶加速度小于等于当前分级周期内的车辆行驶的加速度最小值。
这样就可以用当前分级周期对应的拥堵等级下的总能耗计算模型来建立下一分级周期的能耗优化算法模型,即用当前分级周期对应的拥堵等级去指导下一分级周期内的车辆节能行驶速度曲线。
此模型假设车辆行驶过程中相邻分级周期(即2分钟)的交通拥堵水平差别不大,行驶过程中前后2分钟内的交通拥堵水平和车辆行驶特征相近,因此取前1分钟的车辆行驶数据和交通环境数据计算能耗最低时的速度模型为后1分钟的行驶提供建议。
(3)确定下一分级周期车辆的最优操作模式
在上述模型中,以下一分级周期的总能耗为目标函数求极小值,输出下一分级周期的最优行驶速度曲线,将该最优行驶速度曲线具体成操作模式,便于驾驶员直观的看到,避免由于驾驶员分心引起的不安全事故的出现。
具体地,如图4所示,将最优行驶速度曲线与车辆的操作模式库进行匹配,得到该拥堵等级下的车辆最优操作模式,即加速踏板开度和制动踏板开度;并将该最优操作模式下的加速踏板开度和制动踏板开度以图像的形式,通过车载显示屏显示,使驾驶人能够及时调整自己的驾驶行为,以达到节能的目的;同时,以单位时间为间隔(例如以1秒为单位时间),连续获取车辆的行驶速度和加速度,绘制出车辆的实时行驶速度曲线,将车辆的实时行驶速度曲线与该拥堵等级下车辆的最优行驶速度曲线分别通过车载显示屏显示,使驾驶人很直观的了解当前的驾驶情况。
(4)确定下一分级周期是否进行语音提示
当车辆的实际行驶速度曲线偏离车辆的最优行驶速度曲线时,进行语音提示。
具体地,系统启动后,设定分级周期为1分钟,以单位时间为间隔(例如以1秒为单位时间),连续获取车辆的行驶速度和加速度,绘制出车辆的实时行驶速度曲线,对每个采样时刻的车辆的实时行驶速度曲线与该拥堵等级下车辆的最优行驶速度曲线进行比较,确定是否进行语音提示。
当实时行驶速度曲线超过最优行驶速度曲线的20%时,语音模块提示:请减速慢行;当实时行驶速度曲线低于最优行驶速度曲线的20%时,语音模块提示:请提高车速。
(5)辅助节能驾驶
如图4所示,当加速踏板开度大于最优操作模式提醒的开度时,控制电机输出扭矩减少,加速踏板开度小于最优操作模式提醒的开度时,控制电机输出扭矩增加,从而达到节省能源,增加电动汽车续航的目的;当制动踏板开度大于最优操作模式提醒的开度时,增加再生制动的能量回收,增加能源回收利用,进而增加电动汽车的续航能力;制动踏板开度小于最优操作模式提醒的开度时,辅助增加制动力保持安全车距,进而增加车辆行驶的安全性。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能系统,其特征在于,包括:速度传感器、加速度传感器、毫米波雷达、拥堵等级分级模块、能耗计算模块、最优操作模式控制模块、视觉模块和语音模块;
所述速度传感器和加速度传感器分别与车辆OBD接口电连接,所述速度传感器和毫米波雷达将信号传输给所述拥堵等级分级模块,所述拥堵等级分级模块对当前交通环境的拥堵情况进行分级后,将道路拥堵等级传输给能耗计算模块,所述能耗计算模块接收速度传感器和加速度传感器的电信号,并根据接收到的道路拥堵等级选择对应能耗计算模型,输出最优行驶速度曲线,并将最优行驶速度曲线传输给最优操作模式控制模块,所述最优操作模式控制模块分别与视觉模块、语音模块和车辆的电机输出控制模块连接;
所述速度传感器,用于采集车辆的行驶速度,并将车辆的行驶速度信号分别传输给拥堵等级分级模块和能耗计算模块;
所述加速度传感器,用于采集车辆的行驶加速度,并将车辆的行驶加速度信号传输给能耗计算模块;
所述毫米波雷达,用于采集车辆与前车的纵向距离,并将车辆与前车的纵向距离信号传输给拥堵等级分级模块;
所述拥堵等级分级模块,用于根据车辆的行驶速度和车辆与前车的纵向距离,确定道路拥堵等级分级模型;
所述能耗计算模块,用于根据车辆的行驶速度和车辆的行驶加速度,计算车辆实时能耗;
所述能耗计算模块,用于根据道路拥堵等级选择对应的能耗计算模型,推导出最低能耗下的最优行驶速度曲线,并将最优行驶速度曲线传输给最优操作模式控制模块;
所述最优操作模式控制模块,用于将最优行驶速度曲线与车辆操作模式库进行匹配,得到最优操作模式,并将最优操作模式传输给视觉模块;
所述最优操作模式控制模块,还用于根据实时行驶速度曲线偏离最优行驶速度曲线的程度,确定是否进行语音提示;
所述最优操作模式控制模块,还用于根据驾驶员的实际操作与最优操作模式的差异,确定是否调节电机输出扭矩;
所述视觉模块用于向驾驶员显示最优操作模式;
所述语音提示模块,用于提醒驾驶员注意驾驶行为;
所述最优操作模式包含加速踏板开度、制动踏板开度和实时行驶速度与最优行驶速度曲线对比图。
2.根据权利要求1所述的基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能系统,其特征在于,所述速度传感器和加速度传感器安装于车辆内部;
所述毫米波雷达安装于车辆前方车牌上;
所述视觉模块集成于车载显示器内;
所述语音提示模块内嵌于车辆操作台。
3.基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,根据道路拥堵等级划分阈值,确定道路拥堵等级;包含以下子步骤:
步骤1a,设定分级周期;
步骤1b,设定道路拥堵等级划分阈值为:
当v≥40km/h,d≥10m时,道路拥堵等级为“畅通”;
当v∈[25,40)km/h,d∈[5,10)m时,道路拥堵等级为“轻微拥堵”;
当v∈[15,25)km/h,d∈[3,5)m时,道路拥堵等级为“拥堵”;
当v∈[0,15)km/h,d∈[0,3)m时,道路拥堵等级为“非常拥堵”;
其中,d=max{dt},vt为当前分级周期内t时刻的车辆的行驶速度,M为当前分级周期内的采样时刻总数量;dt为当前分级周期内t时刻的车辆与前车的纵向距离;
步骤1c,连续获取当前分级周期内各个采样时刻车辆的行驶速度和车辆与前车的纵向距离;
步骤1d,根据道路拥堵等级划分阈值,确定当前分级周期的道路拥堵等级;
步骤2,根据当前分级周期的道路拥堵等级,确定当前分级周期对应的道路拥堵等级下的总能耗计算模型;根据当前分级周期对应的道路拥堵等级下的总能耗计算模型,建立下一分级周期的能耗优化算法模型;
步骤3,根据下一分级周期的能耗优化算法模型,计算出下一分级周期的最优行驶速度曲线;包含以下子步骤:
步骤4,根据下一分级周期的最优行驶速度曲线,确定下一分级周期的最优操作模式;包含以下子步骤:
步骤4a,将下一分级周期的最优行驶速度曲线与车辆的操作模式库进行比对,得到下一分级周期的最优操作模式;
步骤4b,将下一分级周期的最优行驶速度曲线和下一分级周期的最优操作模式传输给视觉模块;
步骤5,对比下一分级周期的车辆实时驾驶行为与下一分级周期的最优操作模式,确定是否进行语音提示和辅助驾驶;包含以下子步骤:
步骤5a,对比下一分级周期的车辆实时行驶速度与下一分级周期的最优行驶速度曲线,确定是否进行语音提示;
步骤5b,对比下一分级周期的最优操作模式下的加速踏板和制动踏板开度与下一分级周期的实际开度,确定是否进行辅助驾驶。
4.根据权利要求3所述的基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能方法,其特征在于,步骤2包含以下子步骤:
步骤2a,根据当前分级周期内各个采样时刻车辆的行驶速度和车辆的行驶加速度,将当前分级周期划分为多个片段,每个片段具体是加速片段、减速片段、匀速片段或怠速片段,建立不同片段的能耗计算模型为:
其中,ECRq为不同片段对应的能源消耗率,q为工况片段代号,q=1,2,3,4,q=1代表加速片段,q=2代表减速片段,q=3代表匀速片段,q=4代表怠速片段;v为车辆的行驶速度;a为车辆的行驶加速度;a>0对应的公式为加速片段的能源消耗率,a<0对应的公式为减速片段的能源消耗率,a=0且v≠0对应的公式为匀速片段的能源消耗率,a=0且v=0对应的公式为怠速片段的能源消耗率;lij是速度功率指数为i,加速度功率指数为j时,加速片段下的能源消耗率指数;mij是速度功率指数为i,加速度功率指数为j时,减速片段下的能源消耗率指数;ni是速度功率指数为i时匀速片段下的能源消耗率指数;i是速度功率指数,i=0,1,2,3,j是加速度功率指数,j=0,1,2,3;是怠速时的平均能量消耗率;
根据不同片段的能耗计算模型,建立当前分级周期内对应的道路拥堵等级下的总能耗计算模型为:
其中,Ex为当前分级周期内对应的道路拥堵等级下的能耗值;Nq为每个拥堵等级下各类片段的数量;x为道路拥堵等级代号,x=1,2,3,4,当x=1时,道路拥堵等级为“畅通”,x=2时道路拥堵等级为“轻微拥堵”,x=3时道路拥堵等级为“拥堵”,x=4时道路拥堵等级为“非常拥堵”;ωx为不同道路拥堵等级下的道路能耗经济性指数,x=1时,ω=0.2;x=2时ω=0.5;x=3时,ω=0.7;x=4时,ω=1;
步骤2b,根据当前分级周期的道路拥堵等级下的总能耗计算模型,建立下一分级周期的能耗优化算法模型为:
f(vi)=min{Ex};
约束条件为:
(I)车辆的行驶速度约束条件为:v≤min{vv-max,vr-max};
(II)车辆的行驶加速度约束条件为:
其中,f(vi)为下一分级周期的能耗经济值,vi为下一分级周期内的i时刻车辆的行驶速度;vv-max为车辆自身的最大设计行驶速度,vr-max为道路限速值;amax为当前分级周期的车辆行驶的加速度最大值,amin为当前分级周期的车辆行驶的减速度最小值,vt+1为下一分级周期内的t+1时刻的车辆的行驶速度,vt为下一分级周期内的t时刻的车辆的行驶速度,Δt为下一分级周期内的t+1时刻与t时刻的时间差值。
5.根据权利要求4所述的基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能方法,其特征在于,步骤2a中,
其中,Et为当前分级周期内t时刻的怠速片段的能源消耗率,N4为当前分级周期内怠速片段的总数量。
6.根据权利要求3所述的基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能方法,其特征在于,步骤5a中,当下一分级周期的实时行驶速度超过下一分级周期的最优行驶速度曲线对应的速度的20%时,语音模块提示:请减速慢行;当下一分级周期的实时行驶速度低于下一分级周期的最优行驶速度曲线对应速度的20%时,语音模块提示:请提高车速。
7.根据权利要求3所述的基于不同道路拥堵等级的电动汽车辅助节能方法,其特征在于,步骤5b中,当下一分级周期的加速踏板开度大于下一分级周期的最优操作模式提醒的开度时,控制电机输出扭矩减少;当下一分级周期的加速踏板开度小于下一分级周期的最优操作模式提醒的开度时,控制电机输出扭矩增加;当下一分级周期的制动踏板开度大于下一分级周期的最优操作模式提醒的开度时,增加车辆的再生制动的能量回收,当下一分级周期的制动踏板开度小于下一分级周期的最优操作模式提醒的开度时,辅助增加车辆的制动力,保持安全车距。
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