【摘要】：在當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電氣化、共享化的趨勢下,通過自動駕駛技術(shù)、電動汽車技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、共享出行系統(tǒng)的技術(shù)融合,實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)電動汽車共享出行系統(tǒng)對于解決當(dāng)前傳統(tǒng)汽車的“交通擁堵、環(huán)境污染、事故頻發(fā)、能源短缺”等問題,提升交通運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性、移動性、可達(dá)性、環(huán)保性具有巨大的潛力。然而,目前技術(shù)水平的智能網(wǎng)聯(lián)汽車共享出行系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用仍然存在諸多問題,需要進(jìn)一步研究。鑒于此,本文首先對這種技術(shù)融合情況下共享出行系統(tǒng)應(yīng)用研究的關(guān)鍵問題進(jìn)行詳細(xì)的總結(jié)和分析,然后對系統(tǒng)中服務(wù)車輛設(shè)計(jì)運(yùn)行域的確定問題,技術(shù)融合情況下共享出行系統(tǒng)的模型表示問題,共享出行系統(tǒng)的規(guī)劃問題,共享出行系統(tǒng)的運(yùn)營問題,分別給出了模型表示或優(yōu)化方法,最后對構(gòu)建的共享出行系統(tǒng)進(jìn)行了囊括多個方面的綜合實(shí)驗(yàn)分析。(1)服務(wù)車輛設(shè)計(jì)運(yùn)行域的模型表示與復(fù)雜度量化為了準(zhǔn)確描述和衡量服務(wù)車輛的自動駕駛系統(tǒng)在特定時間和特定空間所處于的運(yùn)行環(huán)境,在充分考慮實(shí)際道路交通環(huán)境的不確定性、復(fù)雜性和動態(tài)性特征的基礎(chǔ)上,提出了一個基于規(guī)范空間方法的設(shè)計(jì)運(yùn)行域模型表示方法,并研究和推導(dǎo)了基于交通場景的設(shè)計(jì)運(yùn)行域駕駛復(fù)雜度的量化方法。最后對提出的設(shè)計(jì)運(yùn)行域模型表示方法和復(fù)雜度分析方法以長春凈月國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)為研究區(qū)域進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證,將其劃分成了五個復(fù)雜度水平的設(shè)計(jì)運(yùn)行域。(2)技術(shù)融合情況下共享出行系統(tǒng)模型表示在引入自動駕駛技術(shù)、V2X技術(shù)和電動汽車技術(shù)后,共享出行系統(tǒng)的多個主要組成部分的屬性特征,以及整體的運(yùn)營過程都將發(fā)生變化。而且,在考慮自動駕駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行域的情況下,需要增加共享出行系統(tǒng)中服務(wù)車輛的運(yùn)營約束條件。因此,為了準(zhǔn)確描述本文考慮的SAE L4智能網(wǎng)聯(lián)電動汽車共享出行系統(tǒng),需要對系統(tǒng)中變化的關(guān)鍵屬性特征及運(yùn)營過程進(jìn)行建模分析。(3)技術(shù)融合情況下共享出行系統(tǒng)兩階段規(guī)劃模型在技術(shù)融合情況下共享出行系統(tǒng)模型表示基礎(chǔ)上,構(gòu)建了一個共享出行系統(tǒng)的兩階段規(guī)劃模型,規(guī)劃模型階段1針對無固定車站型管理運(yùn)營模式共享出行系統(tǒng)存在的系統(tǒng)運(yùn)營區(qū)域內(nèi)服務(wù)車輛時空分布離散和不均衡問題,對共享出行系統(tǒng)的運(yùn)營區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理運(yùn)營復(fù)雜度及運(yùn)營成本與用戶效益之間的平衡。規(guī)劃模型階段2針對當(dāng)前電動汽車技術(shù)充電時間較長和續(xù)航里程較短的問題,對共享出行系統(tǒng)中的充電設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化部署,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中車輛充電需求和基礎(chǔ)建設(shè)成本的平衡。然后,根據(jù)共享出行系統(tǒng)兩階段規(guī)劃模型的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了基于NSGA-II的求解算法。最后,對規(guī)劃模型進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證,該系統(tǒng)能夠滿足絕大部分的用戶請求,但系統(tǒng)中服務(wù)車輛的空駛里程和用戶的等待時間都較長。(4)技術(shù)融合情況下共享出行系統(tǒng)運(yùn)營優(yōu)化模型在智能網(wǎng)聯(lián)電動汽車共享出行系統(tǒng)構(gòu)建完成后,針對共享出行系統(tǒng)中用戶需求和車輛充電需求的動態(tài)性與不確定性特征,考慮兩種需求的密切關(guān)系,基于整數(shù)規(guī)劃模型提出了一個針對用戶需求的服務(wù)車輛分配問題,和車輛充電需求的充電站分配問題的聯(lián)合優(yōu)化模型,以提高共享出行系統(tǒng)的運(yùn)營效率。然后,根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)營優(yōu)化模型的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了基于禁忌搜索的求解算法。最后,通過采用系統(tǒng)運(yùn)營優(yōu)化模型和未采用系統(tǒng)運(yùn)營優(yōu)化模型兩種場景下的仿真實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn),在采用需求分配優(yōu)化模型后系統(tǒng)的用戶服務(wù)表現(xiàn)和車輛充電表現(xiàn)都得到了明顯提升。(5)綜合實(shí)驗(yàn)分析在智能網(wǎng)聯(lián)電動汽車共享出行系統(tǒng)的服務(wù)車輛自動駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行域,模型表示方法,運(yùn)營范圍和充電設(shè)施部署規(guī)劃方案,以及運(yùn)營優(yōu)化方案確定后,對共享出行系統(tǒng)進(jìn)行了綜合仿真實(shí)驗(yàn)分析。仿真結(jié)果說明,服務(wù)車輛續(xù)航里程,充電設(shè)施充電速度,智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù),服務(wù)車輛車隊(duì)規(guī)模,和用戶需求規(guī)模都對系統(tǒng)的用戶服務(wù)表現(xiàn)和車輛充電運(yùn)營表現(xiàn)有顯著的影響。特別是充電設(shè)施充電速度的提升能夠有效提升系統(tǒng)的車輛充電運(yùn)營效率。在環(huán)境影響方面,系統(tǒng)中智能網(wǎng)聯(lián)電動汽車的采用相比傳統(tǒng)燃油汽車可實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放量減少約42.03%,能源消耗量減少約31.34%。最后,共享出行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行域復(fù)雜度水平為5級時,其每公里的用戶使用成本是設(shè)計(jì)運(yùn)行域復(fù)雜度水平為1級時的約兩倍。
【圖文】：

本文考慮對一個技術(shù)融合情況下的共享出行系統(tǒng)進(jìn)行建模與優(yōu)化。根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)研究，雖然自動駕駛技術(shù)、電動汽車技術(shù)、共享汽車系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合可以有力打破這些技術(shù)各自固有的技術(shù)瓶頸問題，但當(dāng)前階段對其應(yīng)用仍然存在諸多問題尚未解決[115]。圖 2-1 簡單描述了技術(shù)融合情況下共享出行系統(tǒng)的運(yùn)營流程。當(dāng)系統(tǒng)用戶向共享出行系統(tǒng)發(fā)出出行請求后，系統(tǒng)控制中心將分配附近的可用服務(wù)車輛到用戶 O 點(diǎn)。在用戶上車后，，服務(wù)車輛載用戶前往出行 D 點(diǎn)。在用戶服務(wù)完成后，服務(wù)車輛可能存在兩種狀態(tài)：當(dāng)電池電量不足時，車輛向系統(tǒng)發(fā)出充電請求，系統(tǒng)控制中心將分配待充電車輛到充電站進(jìn)行充電作業(yè)，充電完成后車輛返回到空閑狀態(tài)服務(wù)車輛車隊(duì)；當(dāng)電池電量充足時，車輛直接返回到空閑狀態(tài)服務(wù)車輛車隊(duì)。上述共享出行系統(tǒng)的所有運(yùn)營流程都必須在服務(wù)車輛的設(shè)計(jì)運(yùn)行域內(nèi)進(jìn)行。

第 2 章 問題描述以極大地提升共享出行系統(tǒng)的運(yùn)營效率，對解決其運(yùn)營管理障礙具有極大的潛力[4,106,107,131]。首先，自動駕駛技術(shù)可以顯著提升用戶使用的便利性。在采用自動駕駛汽車的情況下，服務(wù)車輛可以自動行駛到用戶所在位置。因而消除了傳統(tǒng)共享出行系統(tǒng)環(huán)境下，用戶尋找并可能步行較遠(yuǎn)距離到可用車輛位置的步驟。其次，服務(wù)車輛調(diào)度和充電作業(yè)都可以自動進(jìn)行，這將節(jié)省大量的人工成本并顯著提高系統(tǒng)的管理運(yùn)營效率。在共享出行系統(tǒng)規(guī)模較大時，自動駕駛技術(shù)帶來的效益更加明顯。圖 2-2 顯示了自動駕駛環(huán)境下共享出行系統(tǒng)中多個運(yùn)營階段都發(fā)生了變化，包括用戶上車階段，運(yùn)送用戶階段，充電作業(yè)階段，服務(wù)車輛調(diào)度作業(yè)階段等。因此，需要將自動駕駛技術(shù)導(dǎo)致的系統(tǒng)運(yùn)營變化加入仿真模型更深入的研究。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U491

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5 呹本政男;晪道力;

本文編號：2620013