基于GIS/GPS的混合动力牵引车控制策略研究*

熊演峰1 余强1 闫晟煜1 王恒凯2 （ 1.长安大学，西安 710064；2.中国第一汽车集团有限公司智能网联开发院，长春 130011）

GIS/GPS【摘要】为了降低基于 的混合动力牵引车应用动态规划算法的计算量，提出采用牛顿迭代法将前方运动轨迹按坡度变化聚合归类，通过可变步长缩短运算时间，提高动态规划算法的时效性。结果表明：在同一路段、运行时间相当的前提下，该算法使具备可预见行驶功能的混合动力牵引车油耗降低了4.8%，最大规划用时不超过0.2 s，满足了整车应用需求。主题词：混合动力牵引车 GIS/GPS 动态规划算法 可预见行驶U469.72 A 10.19620/j.cnki.1000-3703.20180917中图分类号： 文献标识码： DOI:

Research on Control Strategy of Hybrid Electric Tractor Based on GIS/GPS

Xiong Yanfeng1, Yu Qiang1, Yan Shengyu1, Wang Hengkai2 1. Chang’an University, Xi’an 710064; 2. Intelligent & Connected Vehicle Development Institute of China FAW Group （ Co., Ltd., Changchun 130011） Abstract In order to reduce the calculation amount of dynamic planning algorithm for hybrid electric tractor based【 】on GIS/GPS, Newton iteration method was proposed to aggregate and classify the forward motion trajectory according to the changes of grade, which can shorten the operation time by changing the step size and improve the timeliness of dynamic planning algorithm. The results show that by using the proposed algorithm the fuel consumption of the hybrid electric tractor with predictable driving function is reduced by 4.8% under the same road section and running time, and the maximum planning time is less than 0.2 s which can meet the application requirements of the vehicle. Key words: Hybrid electric tractor, GIS/GPS, Dynamic planning algorithm, Predictable driving

1 前言

部分国际商用车企业的混合动力牵引车产品已处于路试阶段，而国内混合动力产品主要集中在客车、乘用车领域。根据《节能与新能源汽车产业发展规划2012- 2020

（ 年）》[1]，混合动力牵引车属于节能汽车，不享受新能源汽车补贴，制约其推广的主要因素是混合动力系统新增成本回收周期过长。我国山区面积占国土69.1% Geographic面积的 [2]，通过 地 理 信 息 系 统（ Information System，GIS） Global、全 球 定 位 系 统（ Positioning System，GPS）提前探知前方道路坡度变化有助于节油，缩短混合动力系统新增成本回收周期。

Erik H

等[3- 4]探讨了传统牵引车基于坡度的可预见Beck R

行驶节油机理； 等[5- 6]研究了通过简化模型、缩小 Dynamic Programming，DP）可达域实现精简动态规划（算法计算量以实现整车应用；王建强等[7]提出将道路分成平路和坡道两种路况的传统车实时经济车速优化方Erik H

法； 等[8]分析了在传统牵引车可预见行驶控制策略中增加换挡、车速变化等惩罚因子以减少变速、换挡Denggao Huang

的可行性； 等[9- 10]研究了基于城市循环工况，将等效油耗极值最小函数应用于插电式混合动力客车的控制策略。上述文献研究主要集中在客车、乘用GIS/GPS车、传统牵引车领域，鲜见基于 的混合动力牵引车控制策略研究。为了满足车辆智能驾驶和车队管理需求，以高精度GIS GPS

地图为代表的 和 日益普及。本文以某款搭载GIS/GPS DP的并联式混合动力牵引车为研究对象，适用HEV

算法对 控制策略模型进行优化，通过理论与实证

分析，验证了算法的有效性与可行性。

2 控制策略开发背景 2.1 测试工况采集与整理

运行工况是混合动力系统构型与整车控制策略制25

定的基础。前期采集了 辆牵引车实际运行工况数1据，归类形成了牵引车工况特征数据，如表 所示。 根据概率分布理论[11]处理所采集的运行工况数据， 1 2拟合形成了牵引车典型工况特征，如图 、图 所示。 1 1

结合表 、图 可见，测试工况牵引车怠速时间比例5.89%， 37.44%，

为 加速、减速时间比例之和为 车速多集70~80 km/h； 2

中在 由图 可见，测试工况牵引车最高点40 m，与最低点的高程差可达 混合动力牵引车节油机理除行车制动能量回收外，还需充分考虑势能转换。

2.2 动力系统构型及主要参数

P2 3

测试车辆采用 构型[12]，如图 所示。混合动力系统主要由发动机、离合器、驱动电机、动力电池等部件组2成。整车及主要总成参数如表 所示。

3 控制策略模型开发

与传统混合动力控制策略模型不同，本文提出的控GIS/GPS

制策略增加了基于 的可预见行驶模块，其中GIS

模块具有导航电子地图基础数据、路径规划、地图匹 配等功能，可将当前车辆前方道路坡度、曲率等信息提Hybrid Control Unit，HCU），供给混合动力整车控制器（

HCU

结合当前混合动力总成状态和前方道路特征进行4扭矩分配和车速规划，控制策略架构如图 所示。