一种智能网联矿用车队油耗与排放协调控制方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115903490A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211426222.0(51)Int.Cl.(22)申请日2022.11.15G05B13/04(2006.01)(71)申请人内蒙古电投能源股份有限公司地址029299内蒙古自治区通辽市霍林郭勒市哲里木大街(霍矿珠斯花区)(72)发明人杨鑫浩赵连民刘迪刘敬玉褚立庆孙艳辉李忠飞刘志华刘树栋王洪波王惠杰杨国华王闯王健孙立超李凯李明张云峰吴井双张兆军魏宁孙强郭子城尹涵玉成龙林昊宇张雪建(74)专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司37221专利代理师李健康权利要求书2页说明书10页附图5页(54)发明名称一种智能网联矿用车队油耗与排放协调控制方法及系统(57)摘要本发明提供了一种智能网联矿用车队油耗与排放协调控制方法及系统，包括：获得矿用车队中第i辆车辆数据、环境数据；建立矿用车优化控制模型，矿用车优化控制模型的建立过程包括以车辆速度作为状态变量，结合第i辆车辆数据和环境数据构建第i辆车辆的纵向动力学系统方程；以燃油消耗量和氮氧化物排放量(NOx)为优化目标建立优化模型，获得矿用车队的优化控制问题的数学表达式，得到第i辆车辆的参考速度并进行优化；可以在加速度变化较小的情况下控制车辆运行，减少快速加速引起的燃油消耗量和NOx排放量的增加，解决了如何对油耗与氮氧化物进行协调优化，降低矿用车在长距离运输下的能量损耗的难题。CN115903490ACN115903490A权利要求书1/2页1.一种智能网联矿用车队油耗与排放协调控制方法，其特征在于，包括：获得矿用车队中第i辆车辆数据、环境数据；建立矿用车优化控制模型，矿用车优化控制模型的建立过程包括以车辆速度作为状态变量，结合第i辆车辆数据和环境数据构建第i辆车辆的纵向动力学系统方程；建立瞬时燃油消耗量模型和氮氧化物排放模型；将矿用车队中受控车辆的第i辆车辆数据、环境数据输入矿用车优化控制模型，得到第i辆车辆的参考速度；根据第i辆车辆的参考速度,以燃油消耗量和氮氧化物排放量为优化目标建立速度跟踪优化问题，结合第i辆车辆的纵向动力学系统方程获得矿用车队的优化控制问题的数学表达式，对数学表达式求解获得优化的参考速度，利用优化的参考速度对矿用车队的车辆的行驶速度进行控制。2.如权利要求1所述的智能网联矿用车队油耗与排放协调控制方法，其特征在于，智能网联矿用车队油耗与排放协调控制方法还包括获取道路限速和安全距离，利用道路限速和安全距离，建立车辆最大速度限制表达式，引入任务需求系数，并获得第i辆车辆允许范围内的参考速度表达式。3.如权利要求1所述的智能网联矿用车队油耗与排放协调控制方法，其特征在于，所述矿用车队中第i辆车辆数据包括车辆质量、迎风面积、第i辆车与第(i+1)辆车的车间距；环境数据包括空气密度、空气阻力系数、滚动阻力系数和道路坡度。4.如权利要求1所述的智能网联矿用车队油耗与排放协调控制方法，其特征在于，所述第i辆车辆的纵向动力学系统方程为，车辆的瞬时速度等于车辆柴油机提供的加速度减去风阻带来的减速度，减去滚动阻力引起的减速度，减去坡度阻力引起的减速度。5.如权利要求4所述的智能网联矿用车队油耗与排放协调控制方法，其特征在于，风阻带来的减速度为空气密度、空气阻力系数和迎风面积的乘积，除以两倍的车辆质量，得到的数值乘以车辆速度的平方。6.如权利要求1所述的智能网联矿用车队油耗与排放协调控制方法，其特征在于，矿用车队的优化控制问题的数学表达形式为：ai(t)∈[ai，min(t)，ai，max(t)].其中：Ji为控制目标函数，t0为初始时刻，Np为预测时域，vi，ref(t)为时间t时的参考车2速，vi，ref(Np)为Np时刻的参考车速。ψ(vi(Np)‑vi，ref(Np)为在控制系统预测终端时间时车辆2对参考车速度的跟踪性能；Vi＝(vi(t)‑vi，ref(t))是控制过程中速度跟踪项；ωf是需要调整的燃油消耗权重，ωc是需要调整的排放权重，ωa是舒适性权重，ωv是速度跟踪权重，ψ是预测时域终端速度约束权重，为风阻减速度的近似描述，为车速vi(t)的导数，ai(t)为车辆柴油机提供的加速度，ai，max(t)为最大制动加速度，ai，min(t)为最大制动减速度，Fi(t)为瞬时燃油消耗量，Ni(t)为氮氧化物排放量，g为重力加速度，Cr，i是滚动阻力系数，θ为道路坡度，t为时间。2CN115903490A权利要求书2/2页7.如权利要求1所述的智能网联矿用车队油耗与排放协调控制方法，其特征在于，矿用车队的优化控制问题的数学表达式的求解步骤包括：利用极值原理构造哈密顿函数，将原优化问题转化为求解哈密顿函数协变量的初值问题，对建立矿用车队的优化