基于实时路况的乘用车经济环保出行路径规划方法研究

Different travel routes of passenger vehicles will bring huge differences in energy consumption and emissions, the current route planning in vehicle navigation system often takes routes of the shortest distance, shortest time as the preferred option, but both are not necessarily the lowest energy consumption and lowest emission paths. The main problems are such like, traditional energy consumption and emission model are not suitable for coupling with real-time traffic operation, the optimal route planning does not take account of differences in energy consumption and emission. Therefore, this project intends to analyze the mechanism by which road characteristics and driving characteristics affect passenger car energy consumption and emissions; this project will built a VSP-based energy consumption and emission model which contains speed, acceleration and road slope, and analyze the VSP distribution in different speed ranges of four road grades, and study travel routes energy consumption simulation and emission simulation based on real-time traffic operation; this project puts energy consumption and emission values on road and interaction as weights, uses incremental D * algorithm as the search algorithm for an optimal path, achieves route planning through driving simulation experiment platform and improves the algorithm through on-board navigation system test. Based on the real-time traffic operation, this research is to investigate an optimal energy consumption route and an optimal emission route from origin to destination in a given digital map, thus lay a theoretical basis for the development of economical and environment-friendly route navigation system.

乘用车出行路径选择的不同会带来油耗和排放的较大差异，而目前导航系统的路径规划往往以距离和时间最短作为优先选择，但两者并不一定是油耗和排放最低的路线，面临的主要问题是传统的油耗和排放模拟没有考虑与实时路况耦合的需要、最优路径规划没有考虑油耗和排放的差异等。为此，本项目拟通过实际道路车载测试实验，分析道路及行驶特征对乘用车油耗和排放的影响机理；构建综合考虑车速、加速度和道路坡度的基于VSP的油耗和排放模型，并分析四种等级道路不同车速范围内VSP的分布规律，研究基于实时路况的出行路径油耗及排放模拟方法；以路段和交叉口的油耗和排放值作为权值，采用增量式D* 算法作为路径搜索算法，结合驾驶模拟实验平台通过仿真实验完成路径规划，并构建车载导航实验平台通过道路试验对算法进行改进。研究为基于实时路况信息在给定的数字地图中寻找从出发地到目的地的最优油耗及排放路径，开发乘用车经济环保出行路径导航系统奠定基础。

近年来我国机动车产销量持续维持两位数以上的增长，已成为当前燃油消耗和大气污染排名前两位的来源之一。以往机动车节能减排研究集中于清洁燃油、改进发动机技术等方面，但不同出行路径的道路特征、交通流状态常常差异明显，如何定量评价不同出行路径的油耗和排放特征，规划乘用车经济环保出行路径是目前急需解决的问题。.结合任务要求，开展以下研究：（1）实际道路车载测试实验。采用德国MAHA车载排放实验平台，选择5个城区的3个交通时段，获取了30余种乘用车型共500小时的道路实验数据；（2）油耗及排放测算模型建立。引入表征发动机功率需求的比功率，建立了适合与实时路况耦合的路段和交叉口油耗及排放测算模型。（3）经济环保出行路径规划。基于动态交通信息，采用改进型Dijkstra算法并限制搜索区域，在矢量地图数据上完成了经济、环保、多目标三种路径的规划，并与其他方案开展对比分析。（4）通过实车道路实验，对比分析实验结果与仿真结果，验证了路径规划方法的适用性与准确性。.此外还针对新能源乘用车开展以下研究：（1）不同类型汽车的节能减排效益分析。首次引入了生物种群竞争模型，仿真分析了纯电动、传统燃料、CNG汽车保有量变化趋势，利用全生命周期分析方法，计算了未来不同类型汽车的节能减排效益。（2）电动汽车充电站规划。应用模糊物元分析理论将充电站选址规划转化为相容问题，并以实例进行了计算和分析。.重要结果及意义：（1）以油耗、排放、时间和距离作为优化目标的出行路径差异明显，其中经济环保出行路径集中于快速路和主干路。（2）将时间、油耗和排放多目标归一化处理，实现了考虑出行者多样化需求的多目标路径规划。（3）未来传统汽车与天然气汽车的保有量将呈抛物线趋势先增后减，电动汽车保有量呈S型持续增长，未来机动车能耗和排放将保持先增后减趋势，分别在15年和20年后达到峰值。（4）研究为基于动态路况数据，规划乘用车经济环保出行路径，实现机动车节能减排奠定了理论基础。