【摘要】：目前,全球面臨著環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題的困擾,因而能源問(wèn)題逐漸受到重視。交通出行是能源消耗和環(huán)境污染的重要環(huán)節(jié),轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)高能耗、高污染的交通發(fā)展模式逐漸成為世界各國(guó)的共同選擇。基于城市車(chē)輛的特點(diǎn),電動(dòng)汽車(chē)已成為推動(dòng)汽車(chē)節(jié)能減排的重要技術(shù)方向。相比于內(nèi)燃機(jī)車(chē)只有17-21%的能量轉(zhuǎn)化為車(chē)輪的動(dòng)力,電動(dòng)汽車(chē)可以轉(zhuǎn)換的電能約為59-62%。這有望減少對(duì)石油的依賴,提高能源效率,改善環(huán)境可持續(xù)性。因此,在政府補(bǔ)貼、電池技術(shù)進(jìn)步和公眾接受電動(dòng)汽車(chē)等多種措施的激勵(lì)下,電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)份額顯著增加。電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)滲透率的提高將影響交通流,這意味著需要新的路徑規(guī)劃方案。本文擬開(kāi)展對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的節(jié)能動(dòng)態(tài)路徑優(yōu)化研究,采用科學(xué)合理的路徑規(guī)劃使得以電動(dòng)汽車(chē)為交通工具的出行方式達(dá)到能耗最低,出行效率最高的目標(biāo)。開(kāi)展的研究工作如下:(1)分析在電動(dòng)汽車(chē)行駛過(guò)程中能耗的影響因素以及計(jì)算方式。電動(dòng)汽車(chē)的能耗變化曲線與行駛速度、空氣阻力、摩擦、傳動(dòng)、地形、電池荷電狀態(tài)、溫度等因素密切相關(guān)。在大幅度變速情況下的能耗相比于恒定行駛速度下的能耗會(huì)顯著增大。在單位距離內(nèi),中速時(shí)的能量消耗要遠(yuǎn)低于在高速時(shí)的能量消耗。因此,在電動(dòng)汽車(chē)出行過(guò)程中,可以選擇中低速行駛的高效節(jié)能規(guī)劃路徑,避免頻繁加速與制動(dòng),消除駕駛高能耗和里程焦慮。(2)本文提出的問(wèn)題在時(shí)空網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行描述,為了更加清晰地描述真實(shí)道路網(wǎng)絡(luò),在此基礎(chǔ)上建立了狀態(tài)-空間-時(shí)間網(wǎng)絡(luò)。具體而言,在不考慮電動(dòng)汽車(chē)充電的情況下,將交叉口信號(hào)作為狀態(tài)緯度和反映網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)的重要組成部分,引入動(dòng)態(tài)路網(wǎng)中參與路徑規(guī)劃。在考慮電動(dòng)汽車(chē)充電的情況下,在狀態(tài)維度上描述電動(dòng)汽車(chē)的電量剩余。通過(guò)這種描述方式不僅反映路段的動(dòng)態(tài)特性,而且反映各個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)特性。(3)本文在路徑規(guī)劃過(guò)程中將不充電和充電兩種情況下的節(jié)能動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃分別進(jìn)行建模與分析。將能量消耗和出行時(shí)間作為評(píng)價(jià)規(guī)劃路徑有效性的兩個(gè)性能指標(biāo)。因此,本文針對(duì)于是否充電兩種情況,分別設(shè)計(jì)了最小化能量消耗和出行時(shí)間的多目標(biāo)數(shù)學(xué)模型。并根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型,分別設(shè)計(jì)了標(biāo)號(hào)修正算法和遺傳算法尋求最優(yōu)規(guī)劃路徑。為了驗(yàn)證本文所提出的模型及算法的有效性,在測(cè)試網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行了具體的仿真計(jì)算。結(jié)果表明,本文提出的針對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)節(jié)能動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃方法能夠顯著降低出行時(shí)間和能耗,并得到相應(yīng)的規(guī)劃路徑。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM73;U491;U471.23
【圖文】：

截至２０１７年，電動(dòng)汽車(chē)在全球的交付量已經(jīng)達(dá)到１２２３６００輛，相比于２０１６年逡逑增長(zhǎng)了邋５８％［７］。Ｂｅｃｋｅｒ等預(yù)測(cè)，到２０３０年電動(dòng)汽車(chē)可能占美國(guó)輕型汽車(chē)總數(shù)的逡逑２４％。圖１－１給出了邋２０１２年－２０１８年全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)售量，圖１－２給出了邋２０１１年－逡逑２０１８年全球電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)占有率。由于純電動(dòng)汽車(chē)在中國(guó)市場(chǎng)備受青睞，其重要逡逑性曰益凸顯，因此電動(dòng)汽車(chē)所占份額始終處于領(lǐng)先地位。逡逑２０００邐１９００逡逑１８００邐■邋＾逡逑１６００逡逑ｉ邋１４００邐１２２４邋Ｉ逡逑ｔ邋１２００邐■邋ｌｌ：－逡逑＾邋ｌｏｏｏ邐７７５邐．．ｍ逡逑酬邋ｇ0Ｑ邐邐．．．邋．逡逑Ｉ邋Ｚ邐３２５邐Ｈ邐ｌ邐■邐■逡逑，３４邐■邐■邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐ｌ逡逑２０１２邐２０１３邐２０１４邐２０１５邐２０１６邐２０１７邐２０１８逡逑年份（年）逡逑圖１－１全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)售量逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｇｌｏｂａｌ邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋Ｖｅｈｉｃｌｅ邋Ｓａｌｅｓ逡逑２逡逑

電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)滲透率的增加將影響交通流變化，這可能意味著需要新的駕駛逡逑模式和路徑選擇。電動(dòng)汽車(chē)通常配備再生制動(dòng)系統(tǒng)（ＲＢＳ），該系統(tǒng)的制動(dòng)操作由逡逑制動(dòng)系統(tǒng)控制器、能量轉(zhuǎn)換裝置、機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)和能量存儲(chǔ)等配合完成，如圖１－３逡逑所示。再生制動(dòng)系統(tǒng)可以在減速制動(dòng)階段回收損失的一部分動(dòng)能，從而轉(zhuǎn)化為蓄電逡逑池電能。在這種情況下，制動(dòng)能量會(huì)隨著電池中的熱量被吸收而恢復(fù)，可以大大增逡逑加電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程。逡逑能量轉(zhuǎn)換裝置＜；—＾制動(dòng)能量逡逑圖１－３再生制動(dòng)系統(tǒng)原理逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ邋Ｂｒａｋｉｎｇ邋Ｓｙｓｔｅｍ邋（ＲＢＳ）逡逑由于電池充電時(shí)間長(zhǎng)，目前在途充電通常不是電動(dòng)汽車(chē)的一個(gè)吸引人的選擇，逡逑所以電動(dòng)汽車(chē)出行者對(duì)于路徑選擇上會(huì)有新的策略，他們會(huì)選擇節(jié)能路徑，而不僅逡逑僅是傳統(tǒng)意義上的最短路線。因此節(jié)能駕駛和能量補(bǔ)充是電動(dòng)汽車(chē)出行者的重要逡逑因素。由于蓄電池的初始充電狀態(tài)（ＳＯＣ）可能在開(kāi)始行程前并不總是滿電狀態(tài)，逡逑或者當(dāng)行程距離接近行駛里程時(shí)，一些電動(dòng)汽車(chē)出行者可能會(huì)擔(dān)心在完成行程前逡逑耗盡蓄電池電量而面臨距離焦慮的困境。在這種情況下，電動(dòng)汽車(chē)出行者可以選擇逡逑一條擁擠程度較高的路線

１．４論文結(jié)構(gòu)框架逡逑論文主要對(duì)電動(dòng)汽車(chē)節(jié)能動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行了研宄，內(nèi)容主要分為五章，逡逑其框架結(jié)構(gòu)圖如圖１－１所示，具體結(jié)構(gòu)安排如下：逡逑第一章、引言逡逑本章主要對(duì)論文的研宄背景和目的進(jìn)行了詳細(xì)地闡述，針對(duì)于路徑規(guī)劃問(wèn)題逡逑進(jìn)行展開(kāi)，綜述國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的研究成果，并介紹了本文主要內(nèi)容以及研究框架，為逡逑本文的創(chuàng)新奠定了研究基礎(chǔ)。逡逑第二章、論文相關(guān)基礎(chǔ)理論逡逑本章首先介紹了影響電動(dòng)汽車(chē)能量消耗的主要因素以及能耗計(jì)算，并對(duì)不同逡逑行駛速度變化的能耗損失進(jìn)行比較。另外介紹了時(shí)空網(wǎng)絡(luò)的建立以及在時(shí)空網(wǎng)絡(luò)逡逑上的三維擴(kuò)展，為后文模型的建立提供了知識(shí)儲(chǔ)備。逡逑第三章、電動(dòng)汽車(chē)節(jié)能動(dòng)態(tài)路徑優(yōu)化逡逑本章在時(shí)空網(wǎng)絡(luò)中引入了信號(hào)相位節(jié)點(diǎn)描述信號(hào)燈的狀態(tài)，并根據(jù)其狀態(tài)調(diào)逡逑整路段通行時(shí)間。建立多目標(biāo)整數(shù)規(guī)劃模型，以優(yōu)化行駛路線，實(shí)現(xiàn)最小能耗以及逡逑最小總出行時(shí)間。以約束最短路的建模思想，將多目標(biāo)規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為單一目標(biāo)的逡逑模型

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2803733