(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210942008.4 (22)申请日 2022.08.08 (71)申请人 昆明理工大 学 地址 650000 云南省昆明市一 二一大街文 昌路68号 (72)发明人 沈世全　刘欢　陈峥　申江卫　 王青旺　胡志明　胡后征　 (74)专利代理 机构 北京市盈科律师事务所 11344 专利代理师 荔恒辉 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种基于伪谱法的储能式有轨电车速度优 化方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于伪谱法的储能式有轨 电车速度优化方法， 包括以下步骤： 步骤1： 建立 储能式有轨电车在城市道路中基于场景的环境 模型； 步骤2： 建立储能式有轨电车的运动学模 型； 步骤3： 储能式有轨电车以行驶过程中的总能 耗最小为优化目标， 建立模型约束； 步骤4： 储能 式有轨电车通过伪谱法优化牵引力和制动力输 出， 进一步优化自身的速度轨迹， 保证在绿灯相 位下高效的通过十字交叉路口， 实现行驶过程中 的总能耗最小。 本发明面向于城市里储能式有轨 电车与机动车共用红绿灯的情况， 考虑了红绿灯 对储能式有轨电车运行状态的影 响。 优化了储能 式有轨电车的速度轨迹和牵引力以及制动力使 其在不停车的前提下顺畅通过交叉口， 达到降低 总能耗的目的。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 115169012 A 2022.10.11 CN 115169012 A 1.一种基于伪谱法的储能式有轨电车速度优化方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤1： 建立储能式有轨电车在城市道路中基于场景的环境模型； 步骤2： 建立储能式有轨电车的运动学模型； 步骤3： 储能式有轨电车以行驶过程中的总能耗最小为优化目标， 根据 出A站台时和到B 站台时的状态以及红绿灯的配时信息建立模型约束； 步骤4： 储能式有轨电车通过伪谱法优化牵引 力和制动力 输出， 进一步优化自身的速度 轨迹， 保证在绿灯相位下高效的通过十字交叉路口， 实现行驶过程中的总能耗最小， 以此完 成对储能式有轨电车速度的优化。 2.根据权利要求1所述的一种基于伪谱法的储能式有轨电车速度优化方法， 其特征在 于： 所述的步骤1中储能式有轨电车在城市道路中基于场景 的环境模型具体为： 设定A站台 和B站台， 并在A站台和B站台之间设有设置红绿灯的十字交叉路口， 十字交叉路口还设有控 制单元ICU， 红绿灯到A站台的距离为s1， 红绿灯距离B站台的距离为s2， 储能式有轨电车从A 站台以v0的初始速度向B站台行驶， 途径十字交叉路口， 红灯亮时储能式有轨电车必须停 车； 储能式有轨电车在A站 台和红绿灯之间行驶过程中， 控制单元ICU向储能式有轨电车发 送红绿灯的信号配时方案 。 3.根据权利要求1所述的一种基于伪谱法的储能式有轨电车速度优化方法， 其特征在 于： 所述的步骤2中储能式有轨电车的运动学模型为： 其中， s为储能式有轨电车运行的里程， 单位： m； v为储能式有轨电车运行的速度， 单位 m/s； t为储能式有轨电车运行的时间， 单位： s； M为储能式有轨电车质量， 单位： t； λ为储能式 有轨电车回转质量系数， Fa、 Fb分别表示储能式有 轨电车的牵引力和制动力， 单位： N； R(v)表 示储能式有轨电车运行时的基本阻力， 单位： N； G(s)表示储能式有轨电车运行时的线路附 着阻力， 包括 转弯阻力和坡道阻力等， 单位： N。 4.根据权利要求3所述的一种基于伪谱法的储能式有轨电车速度优化方法， 其特征在 于： 所述的储能式有轨电车运行时的基本阻力和线路附着阻力可分别表示 为： R(v)＝α +β ·v+χ·v2 其中， α、 β、 χ为基本阻力系数， i(s)表示坡道千分数， 单位： ‰； r表示轨道的转弯半径， 单位： m； g表示重力加速度， 单位： m/s2。 5.根据权利要求1所述的一种基于伪谱法的储能式有轨电车速度优化方法， 其特征在 于： 所述的步骤3中的优化目标表示 为： 其中， J表示储能系统的总能耗， 单位： KW ·h； t0表示储能式有轨电车从A站台的出发时权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115169012 A 2刻， 单位： s； tf表示储能式有轨电车到达B站台的时刻， 单位： s； pa表示储能式有轨电车的储 能系统为提供牵引力而放电时的输出功率， 单位： KW； pb表示储能式有轨电车制动时储能式 有轨电车的储能系统能量回收的输入功率， 单位： KW。 6.根据权利要求5所述的一种基于伪谱法的储能式有轨电车速度优化方法， 其特征在： 储能式有轨电车的储能系统为提供牵引力而放电时的输出功率和储能式有轨电车制动时 储能系统能量回收的输入功率可分别表示 为： pb＝ ε·Fb·v·μg·um·ui·uch·udc 其中， μg表示齿轮箱传动效率； um表示电机效率； ui逆变器效率； udis表示储能系统的放 电效率； udc表示DC/DC变换器效率； uch表示回收能量时储能系统的充电效率； ε表示刹车时 能量回收利用率。 7.根据权利要求1所述的一种基于伪谱法的储能式有轨电车速度优化方法， 其特征在 于， 所述的步骤3中的模型约束表示 为： 0≤v(t)≤vmax amin≤a(t)≤amax 0≤Fa≤Famax Fbmin≤Fb≤0 其中， vmax表示储能式有轨电车的最高车速， 单位： m/s； amin表示储能式有轨电车的最小 加速度， 单位： m/s2； amax表示储能式有轨电车的最大加速度， 单位： m/s2， Fbmin表示储能式有 轨电车的最小制动力， 单位： N； Famax表示储能式有轨电车的最大牵引力， 单位： N； 为了优化储能式有轨电车通过红绿灯的速度， 以及使储能式有轨电车在不停车的情况 下通过红绿灯， 需要添加红绿灯相位配时对 储能式有轨电车速度的约束， 具体为： 其中， vlow和vhigh分别表示储能式有轨电车在绿灯相位下通过交叉口的最小和最大速 度， 单位： m/s； vmin表示储能式有轨电车的最低车速， 单位： m/s； D表示出发点到红绿灯的距 离； tg表示当前时刻距下一个绿灯开始的时间； tr表示当前时刻距下一个绿灯结束的时间； 红绿灯的周期为T； tf表示终端时刻。 8.根据权利要求1所述的一种基于伪谱法的储能式有轨电车速度优化方法， 其特征在 于： 所述的步骤4中通过伪谱法优化牵引力和制动力输出的方法为： 通过基于伪谱法的 Matlab求 最优解工具GPOP S实现， 把储能式有轨电车的运动学模型转换为： 把模型约束转换为： qmin≤q(x(t),u(t),t)≤qmax(t)权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115169012 A 3