【无线充电车辆路线和速度预测】使用随机搜索优化方法同时具有路由和速度分配的模型研究附Matlab代码

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🔥 内容介绍

无线充电车辆（Wireless Charging Vehicle, WCV）通过路面嵌入式线圈实现动态充电，无需停靠充电站点即可延长续航里程，成为新能源汽车可持续发展的核心方向之一。其运行效率高度依赖两大关键决策：路由选择（优先高功率充电路段、规避充电盲区）与速度分配（在充电路段平衡充电量与旅行时间），二者的协同优化是解决 "充电不足" 或 "时间冗余" 问题的核心抓手。

1.2 传统方法局限

• 单一路由优化：仅以路径最短为目标，忽略充电资源分布，导致车辆中途电量耗尽；

• 独立速度优化：未考虑路径的充电能力约束，高速通过低功率路段易引发充电不足，低速行驶则造成时间浪费；

• 耦合性忽视：路由决定可利用的充电资源，速度决定充电效率，二者相互制约却被传统模型割裂处理。

1.3 随机搜索方法的适配性

随机搜索优化方法（如遗传算法、模拟退火、粒子群优化等）无需依赖目标函数的连续性与可微性，具备全局寻优能力与多约束处理灵活性，可有效破解路由与速度的强耦合难题，实现多目标平衡优化。

二、核心挑战：路由与速度的耦合特性解析

2.1 双向耦合机制

（1）路由对速度的约束作用

路径的充电资源配置直接限定速度选择空间：

• 高功率路径（如 3 段 5km 总长度的 150kW 充电路段）允许车辆以 60km/h 高速行驶仍满足充电需求；

• 低功率路径（如 1 段 2km 的 50kW 充电路段）需将速度降至 30km/h 才能补充足量电量。

（2）速度对路由的反作用影响

不合理的速度分配可能导致路径失效：若某路段速度低于 20km/h，会引发总行程时间超限，需重新选择更长但充电效率更高的替代路径。

2.2 多目标冲突与约束交织

优化目标存在天然冲突：能耗最低要求低速行驶减少能耗，时间最短要求高速通行，充电充足则依赖充电路段的合理停留时长。同时需满足电池容量上限（通常≤80kWh）、路段限速（城市道路 30-60km/h）、充电功率阈值（≥30kW 避免无效充电）等多重约束。

三、协同优化模型构建

3.1 基础模型层：路网、能耗与充电建模

4.3 关键优化策略

1. 充电导向的初始解生成：优先选择充电功率≥50kW 的路段构建初始路由，降低无效解比例；

1. 约束处理机制：对电量不足的解，自动插入高功率充电路段并重算速度；

1. 并行计算加速：利用 GPU 同时评估 100 个解的适应度，处理 500 段路网时计算时间≤3 分钟。

五、挑战与未来方向

5.1 现存技术瓶颈

1. 动态路网适应性：交通拥堵导致路段速度突变，静态优化解失效；

1. 大规模计算效率：路段数超 1000 时，GA 交叉操作复杂度呈指数增长；

1. 多车协同干扰：多 WCV 共享充电路段引发电磁干扰，充电效率下降 20%-30%。

5.2 突破路径

• 动态重优化：每 5 分钟基于 LSTM 预测的路段通行时间更新解；

• 路网分区策略：先优化区域间主干路由，再细化区域内速度分配；

• 博弈论融合：引入纳什均衡约束，通过 V2X 共享充电路段负载信息。

六、结论

基于随机搜索的 WCV 路由与速度协同优化模型，通过整合 "路网 - 能耗 - 充电" 动态关联，有效破解了二者的强耦合难题。遗传算法等方法在复杂约束下的全局寻优能力，实现了 "时间 - 能耗 - 充电" 的多目标平衡。未来结合实时交通预测与边缘计算技术，有望推动 WCV 在智能交通系统中的规模化应用。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 韩文博.面向公路网无线充电的配电网规划研究[D].广东工业大学,2016.DOI:10.7666/d.Y3042129.

[2] 郝明杰.公交专用道条件下电动公交线路无线充电设施布设方法[D].吉林大学,2022.

[3] 别一鸣,郝明杰,王琳虹.专用道条件下电动公交线路静态无线充电设施布局优化[J].中国公路学报, 2023, 36(1):12.DOI:10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.01.016.

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