基于数据建模的交通灯场景经济性驾驶优化研究

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在“人—车—路”交通系统中,车辆运行的实际油耗受交通状态和司机驾驶行为的显著影响,如何从实际运行的角度分析并改善能耗是当前车辆动力领域面临的一项重要课题。为此,本研究选取路口交通灯场景,研究车辆的经济性驾驶策略。基于自主搭建的车辆远程数据采集分析平台,选定5辆丰田花冠出租车,提取了共14.3万个加速片段和13.6万个减速片段。利用高斯混合模型(Gaussian Mixed Model,GMM)建立了基于驾驶员激进程度(Relative Positive Acceleration,RPA)与片段平均车速数据的驾驶员类型辨识算法,并辨识出30种不同的驾驶员类型。在不同驾驶员类型的基础上,利用加速过程数据,采用基于概率加权的最小二乘方法建立了表征驾驶员特性的速度与加速度相关分布的分段线性加速模型。并进一步根据节能评价指标,建立了经济性加速模型。以经济性加速模型为基础并利用车辆与前方红绿灯的相对距离和信号灯信息,探索了在变加速度规划下基于单红绿灯场景的车辆节能优化问题。建立了不同优先级(经济车速通行策略、最大/小车速通行策略和减速停车策略)的车辆行驶纵向速度规划算法。针对目标车速的跟踪控制,在驱动模式和制动模式切换算法的基础上,搭建了基于车辆动力学的模型前馈控制与基于扰动观测与补偿的自抗扰反馈控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)相结合的目标车速跟踪控制算法,以便用于自主驾驶车辆的纵向速度控制。通过MATLAB/Simulink与GT-SUITE软件联合仿真验证了经济性驾驶策略的有效性。与激进型驾驶方案相比,本文提出的经济性驾驶策略在绿灯通行条件下的节油率可达17.97%;红灯停车条件下的节油率可达17.29%。与考虑当前红绿灯状态的定车速规划方案相比,本文提出的经济性驾驶策略在绿灯通行条件下的节油率可达16.34%;红灯行驶条件下的节油率效果不明显,其在一定范围内波动,但均未超过3.9%。综合考虑两种对比方案,本文提出的经济性驾驶策略具有一定的节油效果。
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