基于交通信號(hào)感知的經(jīng)濟(jì)車速控制方法

周琪 賈碩 彭娜

摘 ? 要：隨著車聯(lián)網(wǎng)以及智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注車輛燃油消耗的經(jīng)濟(jì)性問題。本文通過搭建車輛動(dòng)力學(xué)油耗模型，分析油耗模型，得到車輛在理想狀態(tài)下油耗率最低行駛速度。利用短途無線通信技術(shù)獲取路段上交通信號(hào)燈的狀態(tài)及時(shí)間，提出了對(duì)車輛速度進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性控制的方法，降低了車輛行駛在設(shè)有交通信號(hào)燈的路段的燃油消耗量。運(yùn)用Carsim仿真軟件對(duì)得到的經(jīng)濟(jì)車速進(jìn)行仿真，證實(shí)該方法確實(shí)可以達(dá)到節(jié)油的目的。

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟(jì)車速 ?車聯(lián)網(wǎng) ?油耗模型 ?油耗率 ?Carsim

中圖分類號(hào)：U495 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（a）-0155-02

1 ?車輛動(dòng)力學(xué)油耗模型

車輛發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃油所釋放的熱量一部分要用來克服發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦力[1]，其余部分輸出給傳動(dòng)系統(tǒng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，所以基于發(fā)動(dòng)機(jī)的功率的油耗模型可以用式（1）表示。發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率一部分承擔(dān)車輛一些配件的能量消耗，綜合對(duì)各部分的擴(kuò)充說明，可以得到車輛燃油消耗率的具體表達(dá)式[2]，用公式（2）來表示。

2 ?基于交通信號(hào)感知的經(jīng)濟(jì)車速控制方法

為了研究經(jīng)濟(jì)車速的控制方法，首先要定義一個(gè)場(chǎng)景，場(chǎng)景由三部分組成：車輛、道路、交通信號(hào)。對(duì)于每一個(gè)時(shí)間t，該場(chǎng)景的狀態(tài)可以由以下輸入來決定。

（1）經(jīng)濟(jì)車速的控制距離D，距離是由短途無線通信（DSRC）的通信距離來決定的。

（2）車輛進(jìn)入控制區(qū)域的時(shí)刻T0，以及在T0時(shí)刻的速度v0。

（3）信號(hào)燈的狀態(tài)以及時(shí)間信息（SPAT）。

（4）當(dāng)前道路的最高限速vlim。

我們給定無線短途通信的控制距離為S，車輛在T0時(shí)刻以v0的初始速度駛?cè)肟刂品秶Ｒ虼藢?duì)車輛的通過信號(hào)燈的方式可以用圖1表示。

因此基于交通信號(hào)感知的經(jīng)濟(jì)車速控制方法可以總結(jié)為：車輛行駛在有交叉路口的路段，當(dāng)車輛沒有進(jìn)入到無線短途通信的控制范圍時(shí)，建議車輛保持veco行駛，避免較大的加速或者減速，以保證在巡航狀態(tài)下的油耗量最低;當(dāng)車輛駛?cè)氲綗o線短途通信的控制范圍，也就是說車輛即將到達(dá)交叉路口時(shí)，建議車輛以公式（3）提供的建議速度v行駛。

3 ?仿真驗(yàn)證和總結(jié)

利用carsim仿真軟件對(duì)道路以及車輛建立模型，通過經(jīng)濟(jì)車速算法得到車輛在該道路上行駛的經(jīng)濟(jì)車速。仿真模型是在道路方面建立了一條4000m的平直道路，在距離起點(diǎn)2000m處有一設(shè)有交通信號(hào)燈的交叉路口，空氣密度為1.206kg/m3，空氣阻力系數(shù)為0.3其中，信號(hào)燈的參數(shù)設(shè)置為紅燈周期為60s，綠燈周期為30s。

車輛在未駛?cè)霟o線短途通信的控制范圍時(shí)，以veco的經(jīng)濟(jì)車速巡航行駛，當(dāng)車輛駛?cè)肟刂品秶鷷r(shí)，接收到信號(hào)燈時(shí)間及狀態(tài)信息，根據(jù)算法求得經(jīng)濟(jì)車速，并且控制車輛的剎車和油門使車輛按照經(jīng)濟(jì)車速行駛。當(dāng)車輛駛離交叉路口后，再加速至veco巡航走完整段路程。行駛過程中的車速由圖2左側(cè)表示。整段路程一共用時(shí)275.425s，消耗燃油0.163855kg。車輛行駛過程中的油耗曲線如圖2右側(cè)所示。

由此可見，使用carsim仿真軟件對(duì)控制方法得到的結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證，證實(shí)經(jīng)濟(jì)車速控制方法可以節(jié)省6%左右的燃油消耗。

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