摘要：針對純電動公交車在交叉口區域的高能耗問題，本研究設計了純電動公交車通行交叉口區域的節能駕駛策略。根據公交車通行交叉口區域的駕駛行為將交叉口場景劃分為4類，并根據運動學關系劃分信號燈剩余時長區間，將其分為6種情況，綜合考慮交叉口上游路段和下游路段設計節能駕駛策略。結合基于純電動公交車能耗特征的單位里程能耗模型和純電動公交車勻速、加速以及減速策略，在Matlab中開展仿真實驗，驗證所提出的節能駕駛策略，結果表明提出的節能駕駛策略至少可以降低8%以上的能耗。對劃分的6種情況而言，到達調整段時信號燈為綠燈的駕駛策略可降低8.7%~42.63%的能耗，到達調整段時信號燈為紅燈的駕駛策略可降低9.85%~51.65%的能耗。

　　關鍵字：交通工程;節能駕駛策略;仿真實驗;純電動公交車;交叉口

　　城市公共交通作為城市客運系統的主體，在提倡綠色環保城市的理念下快速發展，純電動公交車因其低噪聲、無污染逐步成為大中城市的首選車型。但其續駛里程有限，提高其能源利用率成為該領域研究熱點。由于純電動公交車的能耗規律和節能工況等與傳統公交車有差異，傳統的節能技術不能完全適用，因此，純電動公交車的節能駕駛研究要區別于燃油車的研究。

　　電動論文范例：電動汽車無線充電的啟動階段控制策略

　　節能駕駛技術在減少能耗方面的可行性已被驗證[1-2]。以V2V、V2I通信為基礎的車聯網系統有效實現了車-車、車-路之間的信息交互，行駛車輛能獲得更多實時交通信息[3-4]。研究表明，信號燈增大了車輛延誤和能耗[5];在交叉口，如果駕駛員能事先獲取信號燈信息并采取相應的駕駛策略，可減少5%~30%的能耗[6-8]。同時，Unal等[9]的研究表明車輛在交叉口遇到紅燈停車后再起步通過比不停車通過交叉口的能耗高得多。

　　因此，對純電動公交車而言，利用車路協同實時獲取交叉口信號燈信息，實現交叉口的節能駕駛，對節省純電動公交車電能，延長續駛里程具有重要意義。國內外學者對電動汽車各行駛階段的駕駛策略進行研究。李禮夫等[10]提出了基于加速特征參數β的加速曲線，得到了純電動公交車在加速過程的最低單位里程能耗;Zhang等[11]提出一種純電動公交車勻速和加速駕駛策略，通過在AVLCruise設置巡航控制任務確定能耗較低的速度區間，并用加速度特征參數β表征加速過程，確定加速過程的節能駕駛策略;李升波等[12]設計了一種電動汽車在交叉口的節能駕駛方法，通過確定勻速段的速度、加速段的末速度和減速段的初速度建立節能優化模型。

　　同時，基于車路協同的電動汽車節能駕駛研究逐漸得到重視。張智明等[13]基于車路協同分析了純電動公交車在站點間的行駛工況，結合信號燈和站點距離信息，利用Advisor和遺傳算法的聯合仿真，獲得最優行駛工況，與優化前相比，能耗降低29.4%。Miyatake等[14-15]提出了一種電動汽車節能駕駛技術，確定電動汽車在固定起點和終點、運行時間和道路條件下的最優速度分布，使總能耗達到最小，實車試驗表明該方法可有效節能。此外，車路協同環境下電動汽車的節能駕駛研究主要集中于交叉口區域，通過信號燈信息確定車輛通行交叉口區域的駕駛策略。

　　靳秋思等[16]基于交叉口信號燈相位和配時信息，定量分析了交叉口區域內的駕駛行為特征，采用運動學知識將交叉口場景分為6種工況，針對這6種工況分別設計了生態駕駛策略模型和車輛軌跡優化算法。Barth等[17-19]利用信號燈信息和當前車輛位置計算出交叉口允許車輛通行的時間段和車輛能順利通過交叉口的目標車速區間，通過比較當前車速和目標車速區間確定駕駛策略。程前等[20]在交叉口場景中研究了純電動汽車的節能、安全和舒適性問題，并建立了數學模型;通過使用NSGA-Ⅱ算法來優化車速、加速度和總加權加速度，提出交叉路口下純電動汽車的最優駕駛策略。

　　Yu等[21]分析了純電動智能網聯汽車(PE-ICV)在交叉口的駕駛特性，并建立了動力學模型，計算車速與能耗的關系，基于制動能量反饋和實時交叉口信息，優化了PE-ICV在不同車速和環境下的行駛策略。Zhang等[22]基于車路協同研究了交叉口電動汽車生態駕駛策略，通過底盤測功機試驗建立了不同運行模式的微觀能耗模型，并基于駕駛行為分析建立了結合當前車輛位置信息和信號燈信息的生態駕駛速度模型。Qi等[23]設計了基于MPC和HMI的節能進出場系統和電動汽車能耗估算模型，利用對比試驗研究不同場景、不同信號燈剩余時間、不同運行速度下車輛通行交叉口的速度曲線和能耗。

　　朱波等[24]提出一種基于道路信息的電動汽車駕駛方法，通過采集自車和信號燈狀態信息，指導駕駛員進行節能駕駛。綜上，國內外關于電動汽車的節能駕駛研究比較豐富，但仍存在以下問題：多數電動汽車的節能駕駛研究集中于分析加速過程對能耗的影響，缺乏減速過程的分析;對車輛通行交叉口的場景分類不全，針對細化信號燈剩余時長的研究仍有不足;部分研究只集中于交叉口上游的節能駕駛研究，忽略了交叉口下游的速度策略研究;針對純電動公交車的節能駕駛研究比較缺乏。

　　本文在借鑒國內外節能駕駛研究的基礎上，以降低純電動公交車通行交叉口的單位里程能耗為目標，提出一種基于不同信號燈剩余時長的節能駕駛策略。本文其余部分安排如下:第一節介紹了分析方法，構建了純電動公交車能耗模型;提出了純電動公交車勻速、加速和減速的駕駛策略。第二節根據通行交叉口的不同駕駛行為對交叉口場景進行分類，將信號燈剩余時長分為6種情況，設計節能駕駛策略，并在Matlab中仿真驗證。第三節是討論。第四節給出了本研究的結論。

　　為使研究對象更加明確，特作出以下假設：①在交叉口區域的車路協同環境中設計純電動公交車的節能駕駛策略，車輛可與路測設施實時通信;②僅研究單一交叉口;③研究對象為單個公交車，不考慮交叉口排隊現象;④公交車行駛在公交專用車道上，不考慮其他因素的干擾;⑤僅考慮直行通過路口。

　　交叉口路段劃分為更加高效地提出節能駕駛策略，將交叉口區域劃分為以交叉口為原點的上游段、路口和下游段。上游段指上個交叉口到該交叉口停止線之間的路段，包括定速段、調整段;路口指兩個交叉口停止線之間的距離，避免信號燈相位結束時公交車正處于路口位置并提高節能駕駛策略的利用率。本研究的主要目的是在車路協同環境下設計純電動公交車通行交叉口區域的節能駕駛策略。針對以往交叉口區域的節能駕駛研究中未對交叉口場景進行劃分或劃分場景不全，而且對實際駕駛中經常出現的綠燈剩余時間短和紅燈剩余時間長的駕駛策略研究較少。本研究根據公交車通行交叉口區域的駕駛行為將交叉口場景劃分為4類，并根據運動學關系將信號燈剩余時長分為6種情況。

　　同時，針對已有的節能駕駛研究集中在上游段的接近速度，忽略下游段的駛出速度，本研究所設計的節能駕駛策略包含公交車在下游段恢復Veco的駕駛策略，使所提出的節能駕駛策略更加完整。針對之前學者對電動汽車的節能駕駛研究集中于加速和勻速過程，忽略了有能量回收的減速過程，本研究基于恒減速模型，研究了減速度d值與能耗的關系，結果表明隨著d值的增加，能耗逐漸增大。該方法可用于任意純電動公交車需要減速的場景中，即在行駛時間和減速距離一定的情況下可計算出能夠回收較多能量的d值，減小純電動公交車的能耗。

　　4結論

　　本研究基于車輛動力學和純電動公交車的能耗特征構建了純電動公交車的單位里程能耗模型，并基于巡航仿真試驗，確定勻速段的節能駕駛速度Veco;基于加速特征參數β設計加速策略;基于恒減速模型設計減速策略。然后根據6種信號燈剩余時長，設計相應的節能駕駛策略;最后在Matlab中設計仿真實驗，結果表明所提出的節能駕駛策略可有效降低純電動公交車通行交叉口區域的能耗。

　　其中，到達調整段時信號燈為綠燈的駕駛策略可以降低8.7%~42.63%的能耗，到達調整段時信號燈為紅燈的駕駛策略可以降低9.85%~51.65%的能耗。本研究只針對單個公交車通行單個交叉口的情形，沒有考慮車輛跟馳和全局最優，同時公交車處于復雜的交通環境中，車輛排隊或其他因素的干擾使公交車很難按照節能駕駛策略行駛。因此結合公交車實際所處的交通環境，實時調整節能駕駛策略并考慮全局能耗最優是未來研究工作的重點。

　　參考文獻：References：

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　　[3]付銳,張雅麗,袁偉.生態駕駛研究現狀及展望[J].中國公路學報,2019,32(3):5-16.FURui,ZHANGYa-li,YUANWei.ResearchandDevelopmentofEco-drivingatHomeandBoard[J].ChinaJournalofHighwayandTransport.2019,32(3):5-16.

　　作者：袁偉1，王虹霞2，張雅麗1，葛振振1，付銳1，王暢1，曹龍1