A method for developing an energy-efficient law controlling the electric bus city route

At present, the actual problem of urban motor transport is the reduction of the energy costs. The article proposes a method to solve the problem by developing an energy-efficient traffic law controlling the movement of an electric bus city routes. A target function for traffic optimization has been obtained which was based on the analysis of the urban electric bus modes and energy conversion chain of the spent/ accumulated energy. To solve this problem, an algorithm based on the dynamic programming method has been developed. The proposed method made it possible to take into account the constraints imposed on the phase coordinates, control action, and the time of the route. While solving the problem, the model of urban electric bus rectilinear motion on a horizontal support surface was considered, and some assumptions were made to simplify and adapt it for the implementation of the method. For the purpose of connection of the control action and the motion dynamics equation an algorithm for changing the tractive/braking torque of the electric bus wheels was taken into consideration depending on the accelerator/brake pedals position and the motion speed. The proposed method helped to obtain an optimal phase trajectory for the electric bus with specific technical characteristics on a selected road section and to analyze the obtained results. The energy expended and the energy necessary to overcome the resistance forces to the electric bus motion were compared. The method was approved in case of driver emergency intervention in the electric bus speed controlling. The phase trajectories obtained with and without driver intervention were compared. Based on the results of the method, conclusions were drawn concerning its application in the urban transport network.

energy efficiency, electric bus, dynamic programming, motion law, urban transport, phase trajectory, phase space, Bellman equation

1. Горелов В.А., Котиев Г. О., Мирошниченко А.В. Математическая модель электромеханического тормозного управления колёсной машины // Журнал ААИ. - 2012. - № 2. - С. 38-43.

2. Горелов В.А., Котиев Г.О., Мирошниченко А.В. Алгоритм управления индивидуальным приводом колёсных движителей транспортных средств // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. - 2011. - № 5. - С. 39-58.

3. Горелов В.А., Котиев Г. О., Мирошниченко А.В. Разработка закона управления индивидуальным приводом движителей многоосной колёсной машины // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2012. - № 1. - С. 49-59.

4. Котиев Г.О., Горелов В.А., Мирошниченко А.В. 77-30569/282533 Синтез системы управления тяговыми электродвигателями для индивидуального привода ведущих колёс автомобиля [Электронный ресурс] // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2011. - № 12. URL: http://old. technomag.edu.ru/doc/282533.html (дата обращения: 11.05.2017).

5. Ерофеев Е.В., Мостов И.С. Оптимизация программ движения поездов // Труды МИИТа. - 1977. -№ 550. - С. 121-125.

6. Моисеев А.А. Синтез оптимальных траекторий движения поезда на основе построения линий переключения / Автоматическое управление технологическими процессами на транспорте / Юбилейный сб. науч. тр. МИИТ. - 1996. - № 892. - С. 32-34.

7. Ябко И.А. Численный метод определения энергооптимального управления движением поезда // Железнодорожный транспорт на новом этапе развития. -2003. - С. 129-135.

8. Баранов Л.А., Мелёшин И.С. Энергооптимальное управление движением поезда с рекуперативным тормозом при учёте ограничений на фазовую координату // Наука и техника транспорта. - 2010. - № 4. - С. 19-29.

9. Моисеев А.А. Автоматизированная система расчёта оптимальных режимов движения поезда метрополитена: дисс.. канд. техн. наук. - М., 1992. - 193 с.

10. Горбачёв А.Н. Методы расчёта оптимальных программ ведения поезда: дисс.. канд. техн. наук. -Омск, 2000. - 125 с.

11. Головичер Я.М. Оптимальное управление тяговым подвижным составом в системах автоведения магистральных железных дорог: дисс. д-ра техн. наук. - М., 1994. - 346 с.

12. Franke R., Terwiesch P., Meyer M. An algorithm for the optimal control of the driving of trains / Proceedings of the 39th IEEE Conference on Decision and Control. -2000. - Vol. 1-5. - Р. 2123-2128.

13. Ko H., Koseki T., Miyatake M. Application of dynamic programming to the optimization of running profile of a train // Computers In Railways IX. - 2004. -Vol. 15. - P. 103-112.

14. Ghaviha N., Bohlin M., et al. Optimal Control of an EMU Using Dynamic Programming // Energy Procedia 75. - 2015. - P. 1913-1919.

15. Ghaviha N., Bohlin M., Wallin F., Dahlquist E. Optimal Control of an EMU Using Dynamic Programming and Tractive Effort as the Control Variable / Proceedings of the 56th SIMS. - 2015. - P. 377-382.

16. Ларин В.В. Теория движения полноприводных колёсных машин: учебник. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. - 391 с.

17. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов / 4-е издание. - М.: «Наука» Главная редакция физико-математической литературы, 1983. - 392 с.

18. Беллман Р. Динамическое программирование. -М.: Издательство иностранной литературы, 1960. - 400 с.

19. Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. - М.: «Наука» Главная редакция физико-математической литературы, 1969. - 408 с.

20. Болтянский В.Г. Оптимальное управление дискретными системами. - М.: «Наука» Главная редакция физико-математической литературы, 1973. - 448 с.

21. Габасов Р., Кириллова Ф.М. Методы оптимального управления // Итоги науки и техн. Сер. Соврем. пробл. мат., том 6. - М.: ВИНИТИ, 1976. - С. 133-259