基于云推理的汽車巡航車速規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于云推理的汽車巡航車速規(guī)劃方法，以汽車百公里平均燃油消耗量為燃油經(jīng)濟(jì)性評價指標(biāo)。該規(guī)劃方法流程圖：首先根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立百公里平均燃油消耗量云模型。其次采用云變換、云推理等相關(guān)理論，確定云模型輸入及輸出變量的概念樹，生成汽車百公里平均燃油消耗量云模型規(guī)則庫；基于云推理機(jī)制和規(guī)則庫的自動提取程序，生成輸入與輸出變量間的映射關(guān)系，根據(jù)此映射關(guān)系提取出不同行駛阻力下的經(jīng)濟(jì)車速，將這些經(jīng)濟(jì)車速規(guī)劃出適應(yīng)行駛阻力變化的經(jīng)濟(jì)性巡航速度變化軌跡，汽車始終以行駛阻力所對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)車速行駛。因此，本發(fā)明能夠提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性，從而有效的降低汽車百公里平均燃油消耗量，較好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。
【專利說明】基于云推理的汽車巡航車速規(guī)劃方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種基于云推理的汽車巡航車速規(guī)劃方法。它能夠根據(jù)汽車巡航時的道 路條件及氣候環(huán)境參數(shù)等信息，在不同行駛阻力工況間切換，規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性巡航速度的變化 軌跡。

【背景技術(shù)】
[0002] "十一五"期間國家提出了節(jié)能減排戰(zhàn)略，"十二五"我國繼續(xù)貫徹執(zhí)行節(jié)能減排， 接著提出了具體的"節(jié)能和新能源汽車"戰(zhàn)略，這說明國家對汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能 不斷提出新的要求。
[0003] 現(xiàn)有巡航技術(shù)具有一定的燃油經(jīng)濟(jì)性，但該巡航模式以車輛行駛的舒適性和安全 性為控制目標(biāo)，并不能最大限度地提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明提出了基于云推理的汽 車經(jīng)濟(jì)性巡航車速規(guī)劃方法，車輛以此經(jīng)濟(jì)性巡航速度變化軌跡巡航時，燃油消耗量降低， 可較大限度地提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所述的一種基于云推理的汽車巡航車速規(guī)劃方法，旨在規(guī)劃出汽車經(jīng)濟(jì)性 巡航的速度變化軌跡，車輛以此經(jīng)濟(jì)性巡航速度變化軌跡巡航時，可較大限度地降低汽車 的燃油消耗量，提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。
[0005] 本發(fā)明的上述目的可通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】如下：
[0006] 本發(fā)明所述的一種基于云推理的汽車巡航車速規(guī)劃方法，包括以下具體步驟：
[0007] 1)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立汽車百公里平均燃油消耗量數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫包含以下參數(shù)： 行駛阻力、車速和百公里平均燃油消耗量；
[0008] 2)建立汽車百公里平均燃油消耗量云模型，云模型輸入變量是行駛阻力和車速， 輸出變量是百公里平均燃油消耗量；
[0009] 3)建立汽車百公里平均燃油消耗量云模型的推理規(guī)則庫，利用Matlab中的自適 應(yīng)模糊推理系統(tǒng)（Anfis)訓(xùn)練其推理規(guī)則，通過編寫的Matlab程序?qū)崿F(xiàn)對云推理規(guī)則庫的 自動提??；
[0010] 4)提取經(jīng)濟(jì)車速，基于步驟2)建立的汽車百公里平均燃油消耗量云模型及步驟 3)的云推理規(guī)則，得到某一行駛阻力下的經(jīng)濟(jì)車速，再將這個數(shù)組包括行駛阻力和經(jīng)濟(jì)車 速記錄下來通過不斷改變行駛阻力的大小，得到不同阻力下的經(jīng)濟(jì)車速數(shù)組，至此建立經(jīng) 濟(jì)性巡航行駛阻力與車速關(guān)系數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含以下參數(shù)：行駛阻力，經(jīng)濟(jì)車速；
[0011] 5)規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性巡航速度變化軌跡：預(yù)測得到前方道路的汽車行駛阻力，在經(jīng)濟(jì)性 巡航行駛阻力與車速關(guān)系數(shù)據(jù)庫，中搜索相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性巡航車速，采用三次樣條插值的方 法規(guī)劃出基于前方行駛阻力變化的速度變化軌跡；
[0012] 6)實(shí)時采集車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括行駛阻力、車速和百公里平均燃油消耗量，返回步 驟1)，實(shí)時更新汽車百公里平均燃油消耗量數(shù)據(jù)庫及優(yōu)化汽車百公里平均燃油消耗量云模 型，更新經(jīng)濟(jì)性巡航行駛阻力與車速關(guān)系數(shù)據(jù)庫。
[0013] 所述汽車百公里平均燃油消耗量云模型的推理規(guī)則庫按以下步驟建立：根據(jù)汽車 百公里平均燃油消耗量云模型變量概念躍升的結(jié)果，每個概念均躍升為7個概念，將這些 結(jié)果經(jīng)過排列組合，共產(chǎn)生49條不同的定性推理規(guī)則，這些定性推理規(guī)則可以形式化的表 示為：
[0014] If(汽車的行駛總阻力為SF) and (車速為V) Then (汽車的百公里平均燃油消耗量 為Q);
[0015] 根據(jù)汽車百公里平均燃油消耗量數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，利用Matlab中的自適應(yīng)模糊 推理系統(tǒng)訓(xùn)練其推理規(guī)則，通過編寫的Matlab程序?qū)崿F(xiàn)對云推理規(guī)則庫的自動提取，并可 得到汽車行駛總阻力和汽車車速對汽車百公里平均燃油消耗量影響的三維響應(yīng)面。
[0016] 所述的三維響應(yīng)曲面，反映了行駛阻力、車速和百公里平均燃油消耗量之間的映 身寸關(guān)系。
[0017] 所述汽車經(jīng)濟(jì)性巡航的速度變化軌跡規(guī)劃方法，能夠根據(jù)汽車巡航時的道路條件 及氣候環(huán)境參數(shù)有關(guān)信息，規(guī)劃出經(jīng)濟(jì)性巡航速度的變化軌跡。
[0018] 步驟5)所述的規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性巡航速度變化軌跡：根據(jù)預(yù)測得到的前方道路汽車行 駛阻力，在經(jīng)濟(jì)性巡航行駛阻力與車速關(guān)系數(shù)據(jù)庫中搜索相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性巡航車速，采用三 次樣條插值的方法規(guī)劃出基于前方行駛阻力變化的速度變化軌跡。
[0019] 本發(fā)明的技術(shù)效果：
[0020] 1、國內(nèi)外針對巡航技術(shù)的研究主要集中在車輛動態(tài)跟蹤性能、舒適性和安全性方 面的控制策略及控制建模的問題上。本發(fā)明在保證汽車駕駛舒適性和行駛安全性的基礎(chǔ) 上，提出以燃油經(jīng)濟(jì)性為控制目標(biāo)的巡航車速規(guī)劃方法，旨在降低汽車的百公里平均燃油 消耗量。
[0021] 2、本發(fā)明建立的汽車百公里平均燃油消耗量云模型，將車輛行駛道路狀況及氣候 環(huán)境參數(shù)與車輛運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)結(jié)合起來，很好地表達(dá)了車輛運(yùn)行中百公里平均燃油消耗 量的不確定性。
[0022] 3、本發(fā)明提出的汽車經(jīng)濟(jì)性巡航的經(jīng)濟(jì)車速提取策略，能夠得出不同行駛阻力下 的經(jīng)濟(jì)性巡航車速，車輛始終以經(jīng)濟(jì)車速行駛時，可有效的降低汽車百公里燃油消耗量，從 而較大限度的提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0023] 4、本發(fā)明提出的經(jīng)濟(jì)性巡航速度變化軌跡規(guī)劃策略，根據(jù)預(yù)測得到的前方道路汽 車行駛阻力，在經(jīng)濟(jì)性巡航車速數(shù)組中查找相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性巡航車速，采用三次樣條插值的 方式將經(jīng)濟(jì)性巡航車速規(guī)劃成一條基于前方行駛阻力變化的速度變化軌跡。該速度變化軌 跡是一條平滑的曲線，這樣車輛行駛時車速調(diào)節(jié)過程是比較平滑的，對行駛舒適性不會造 成很大的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1為汽車經(jīng)濟(jì)性巡航速度變化軌跡規(guī)劃流程圖。
[0025] 圖2為汽車百公里平均燃油消耗量的云推理流程圖。
[0026] 圖3為通過程序自動提取規(guī)則生成的三維規(guī)則響應(yīng)面。
[0027] 圖1中：SF為行駛阻力，V為汽車行駛速度，Q為汽車百公里平均燃油消耗量

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0029] 汽車行駛環(huán)境的不確定性和運(yùn)行狀態(tài)的非線性特征及其它人為的不確定性因素， 導(dǎo)致了車輛運(yùn)行中燃油消耗量的不確定性。本發(fā)明提出了一種基于云推理的汽車巡航車速 規(guī)劃法，把車輛行駛道路狀況與車輛運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)結(jié)合起來，規(guī)劃出經(jīng)濟(jì)性巡航車速變 化軌跡，車輛以此經(jīng)濟(jì)性巡航速度變化軌跡巡航時，可較大限度地降低汽車的燃油消耗量， 提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0030] 本發(fā)明方法的實(shí)施包括以下幾個具體步驟：
[0031] 1)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立汽車百公里平均燃油消耗量數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫包含以下參數(shù)： 行駛阻力、車速和百公里平均燃油消耗量；
[0032] 2)建立汽車百公里平均燃油消耗量云模型，云模型輸入變量是行駛阻力和車速， 輸出變量是百公里平均燃油消耗量；
[0033] 3)建立汽車百公里平均燃油消耗量云模型的推理規(guī)則庫，利用Matlab中的自適 應(yīng)模糊推理系統(tǒng)（Anfis)訓(xùn)練其推理規(guī)則，通過編寫的Matlab程序?qū)崿F(xiàn)對云推理規(guī)則庫的 自動提取。
[0034] 4)提取經(jīng)濟(jì)車速，基于步驟2)建立的汽車百公里平均燃油消耗量云模型及步驟 3)的云推理規(guī)則，得到某一行駛阻力下的經(jīng)濟(jì)車速，再將這個數(shù)組（行駛阻力，經(jīng)濟(jì)車速） 記錄下來。通過不斷改變行駛阻力的大小，得到不同阻力下的經(jīng)濟(jì)車速數(shù)組，至此建立經(jīng)濟(jì) 性巡航行駛阻力與車速關(guān)系數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含以下參數(shù)：行駛阻力，經(jīng)濟(jì)車速；
[0035] 5)規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性巡航速度變化軌跡：預(yù)測得到前方道路的汽車行駛阻力，在經(jīng)濟(jì)性 巡航行駛阻力與車速關(guān)系數(shù)據(jù)庫中搜索相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性巡航車速，采用三次樣條插值的方法 規(guī)劃出基于前方行駛阻力變化的速度變化軌跡；
[0036] 6)實(shí)時采集車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括行駛阻力、車速和百公里平均燃油消耗量，返回步 驟1)，實(shí)時更新汽車百公里平均燃油消耗量數(shù)據(jù)庫及優(yōu)化汽車百公里平均燃油消耗量云模 型，更新經(jīng)濟(jì)性巡航行駛阻力與車速關(guān)系數(shù)據(jù)庫。
[0037] 參閱圖1所示，步驟1)的汽車百公里平均燃油消耗量數(shù)據(jù)庫，包括以下參數(shù)信息： 汽車車速V、汽車行駛阻力SF和汽車的百公里平均燃油消耗量Q。
[0038] 參閱圖1及圖2所示，步驟2)的汽車百公里平均燃油消耗量云模型，反映了行駛 阻力和車速與百公里平均燃油消耗量相互間的映射關(guān)系，能夠把車輛行駛道路狀況與車輛 運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)結(jié)合起來，可以很好的表達(dá)車輛運(yùn)行中百公里燃油消耗量的不確定性。本 發(fā)明利用Matlab軟件對汽車百公里平均燃油消耗量數(shù)據(jù)庫進(jìn)行編程處理，確定云模型輸 入及輸出變量的特征參數(shù)，然后根據(jù)云模型中關(guān)于概念劃分及躍升的理論，對云模型的輸 入變量行駛阻力2F和車速V及出變量汽車百公里平均燃油消耗量Q進(jìn)行概念劃分及躍 升，獲得輸入、輸出變量的概念樹，制定汽車百公里平均燃油消耗量云模型的m條規(guī)則，生 成不確定性推理規(guī)則庫。其云模型推理機(jī)制可以表述為：
[0039]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于云推理的汽車巡航車速規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下具體步驟： 1) 根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立汽車百公里平均燃油消耗量數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫包含以下參數(shù)：行駛 阻力、車速和百公里平均燃油消耗量； 2) 建立汽車百公里平均燃油消耗量云模型，云模型輸入變量是行駛阻力和車速，輸出 變量是百公里平均燃油消耗量； 3) 建立汽車百公里平均燃油消耗量云模型的推理規(guī)則庫，利用Matlab中的自適應(yīng)模 糊推理系統(tǒng)（Anfis)訓(xùn)練其推理規(guī)則，通過編寫的Matlab程序?qū)崿F(xiàn)對云推理規(guī)則庫的自動 提?。? 4) 提取經(jīng)濟(jì)車速，基于步驟2)建立的汽車百公里平均燃油消耗量云模型及步驟3)的 云推理規(guī)則，得到某一行駛阻力下的經(jīng)濟(jì)車速，再將這個數(shù)組包括行駛阻力和經(jīng)濟(jì)車速記 錄下來通過不斷改變行駛阻力的大小，得到不同阻力下的經(jīng)濟(jì)車速數(shù)組，至此建立經(jīng)濟(jì)性 巡航行駛阻力與車速關(guān)系數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含以下參數(shù)：行駛阻力，經(jīng)濟(jì)車速； 5) 規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性巡航速度變化軌跡：預(yù)測得到前方道路的汽車行駛阻力，在經(jīng)濟(jì)性巡航 行駛阻力與車速關(guān)系數(shù)據(jù)庫，中搜索相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性巡航車速，采用三次樣條插值的方法規(guī) 劃出基于前方行駛阻力變化的速度變化軌跡； 6) 實(shí)時采集車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括行駛阻力、車速和百公里平均燃油消耗量，返回步驟 1)，實(shí)時更新汽車百公里平均燃油消耗量數(shù)據(jù)庫及優(yōu)化汽車百公里平均燃油消耗量云模 型，更新經(jīng)濟(jì)性巡航行駛阻力與車速關(guān)系數(shù)據(jù)庫。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于云推理的汽車巡航車速規(guī)劃方法，其特征在于，所述汽 車百公里平均燃油消耗量云模型的推理規(guī)則庫按以下步驟建立：根據(jù)汽車百公里平均燃油 消耗量云模型變量概念躍升的結(jié)果，每個概念均躍升為7個概念，將這些結(jié)果經(jīng)過排列組 合，共產(chǎn)生49條不同的定性推理規(guī)則，這些定性推理規(guī)則可以形式化的表示為： If (汽車的行駛總阻力為SF) and (車速為V) Then (汽車的百公里平均燃油消耗量為 Q); 根據(jù)汽車百公里平均燃油消耗量數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，利用Matlab中的自適應(yīng)模糊推理 系統(tǒng)訓(xùn)練其推理規(guī)則，通過編寫的Matlab程序?qū)崿F(xiàn)對云推理規(guī)則庫的自動提取，并可得到 汽車行駛總阻力和汽車車速對汽車百公里平均燃油消耗量影響的三維響應(yīng)面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于云推理的汽車巡航車速規(guī)劃方法，其特征在于，所述的 三維響應(yīng)曲面，反映了行駛阻力、車速和百公里平均燃油消耗量之間的映射關(guān)系。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于云推理的汽車巡航車速規(guī)劃方法，其特征在于，所述汽 車經(jīng)濟(jì)性巡航的速度變化軌跡規(guī)劃方法，能夠根據(jù)汽車巡航時的道路條件及氣候環(huán)境參數(shù) 有關(guān)信息，規(guī)劃出經(jīng)濟(jì)性巡航速度的變化軌跡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的基于云推理的汽車巡航車速規(guī)劃方法，其特征 在于，步驟5)所述的規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性巡航速度變化軌跡：根據(jù)預(yù)測得到的前方道路汽車行駛阻 力，在經(jīng)濟(jì)性巡航行駛阻力與車速關(guān)系數(shù)據(jù)庫中搜索相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性巡航車速，采用三次樣 條插值的方法規(guī)劃出基于前方行駛阻力變化的速度變化軌跡。
【文檔編號】G06F17/50GK104063547SQ201410306107
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月29日
【發(fā)明者】張立斌, 荊忠倩, 楊玉林, 蘇建, 單紅梅, 劉玉梅, 戴建國, 陳熔, 徐觀, 林慧英, 鄧祥敬, 袁越超, 王鵬, 李福齊, 韓玲, 劉琦峰 申請人:吉林大學(xué)