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原文传递网联智能化PHEV信号灯路口的节能通行优化研究

论文题名：	网联智能化PHEV信号灯路口的节能通行优化研究
关键词：	插电式混合动力汽车;信号灯路口;驾驶行为;节能控制
摘要：	随着能源消耗和环境污染问题日益严重，在油耗和排放法规的引导下，新能源汽车成为了各国关注的焦点。由于纯电动车型依然存在里程焦虑，以及伴随着原材料和电池涨价、油价上涨的消息，混动车型开始迅速发展。插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)兼顾动力性和排放性，在当下过渡期更具有竞争力。PHEV在车辆的能源结构上进行了改善，提高了能量利用的效率，但是在车辆运动的过程中，除了PHEV的本体结构，其经济性还受限于车辆的驾驶行为。行驶在城市道路上的车辆，当道路存在信号灯路口时，车辆由于无法预知信号灯路口处信号灯相位配时以及道路交通信息，经常发生紧急减速，急剧加速和在红灯下长时间停车的情况，造成了车辆能耗的损失以及交通拥堵的情况。　　在车路协同通行技术以及汽车电动化、网联化、智能化飞速发展的背景下，结合PHEV自身的结构特点，在城市信号灯道路上开发基于该车型的节能驾驶策略为完成节能减排的关键任务提供了新的思路，在提升车辆的能量效率上，具有很大的应用前景和研究意义。因此本文以网联智能化PHEV为研究对象，利用车路协同通信技术得到的道路信号灯等相关信息，对PHEV信号灯路口的节能通行问题进行分析与研究，主要内容如下：　　(1)PHEV的动力系统分析及整车建模。通过对各种构型下PHEV的优缺点进行相关分析，确定以基于P2.5构型的网联智能化PHEV作为本文的研究对象。针对该构型PHEV的结构特点，分析各个工作模式下的能量流，并建立针对该车型的整车模型，最后针对仿真模型采用基于规则的能量管理策略进行仿真计算，为后续PHEV信号灯路口通行优化提供了支持。　　(2)分析并设计基于预定义策略的信号灯路口节能通行优化方法。在完成建立的整车模型和能量管理策略的基础上，针对PHEV在不同电量阶段动力源的不同，制定基于预定义策略的通行优化方法。通过在实际城市道路上车辆的行驶数据，分析车辆在经过信号灯路口的行驶特征，根据车辆在两信号灯路口间行驶的特点，将车辆通过该间距下的行为进行分段处理，制定了预定义节能通行优化方案，通过分析PHEV在行驶中的匀速和变速过程，确定了定速段匀速行驶的经济车速和变速过程中的加减速变化曲线，最后运用分层控制的思想建立预定义策略下的节能通行优化模型，为PHEV在信号灯路口通行提供一种通用的预定义策略下的节能方法。　　(3)分析并设计基于动态规划(Dynamic Programming，DP)算法的信号灯路口节能通行优化方法。预定义策略为信号灯路口的节能通行提供了一种通用的次优化方案，为了考虑PHEV自身能量优化的节能工作特性，在进行信号灯路口车速规划的同时实现PHEV内部能量的最优分配，建立以全局能耗费用最低为目标，对PHEV信号灯路口的车速规划与能量管理进行协同优化的全局优化问题。首先通过对DP算法的理论分析，制定该优化问题的状态变量、决策变量、指标函数、状态转移方程以及约束，并把距离域离散的非标准形式的约束转换为时域的标准约束来优化多约束问题。其次，运用基于三维状态空间的表示方法说明了优化问题逆向求解，正向寻优的实现过程。最后设计DP算法框架下的并行计算方法，提高DP全局优化计算的速度。　　(4)信号灯路口节能通行优化方法的仿真对比及分析。通过制定仿真实验的评价指标，同时选取“加速—匀速—制动(Accelerate-Constant-Brake，ACB)”策略作为对比，设计两信号灯间距下以及多信号灯下的仿真场景，使用Matlab软件进行仿真实验。对比分析上述节能通行优化方法的仿真结果，验证本文所设计的PHEV信号灯路口节能通行优化方法的可行性与有效性，同时说明了在车路协同环境下PHEV在信号灯道路上的节能潜力。
作者：	徐利吉
专业：	工程(车辆工程)
导师：	罗勇;斯红路
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2022