電動(dòng)汽車車輛路徑優(yōu)化研究綜述

摘要：近年來，電動(dòng)汽車得到了廣泛的關(guān)注，但無論是上班族還是服務(wù)車隊(duì)，都沒沒有廣泛的接受對(duì)它們的使用。這主要是因?yàn)槿狈Τ潆娀A(chǔ)設(shè)施，阻礙了電動(dòng)汽車的大范圍使用。使用電動(dòng)汽車的問題在長(zhǎng)途旅行或城際旅行中尤為明顯。汽車駕駛員會(huì)擔(dān)心在到達(dá)目的地之前車輛就沒電了，因此里程焦慮是阻礙電動(dòng)汽車市場(chǎng)普及的主要障礙。在充電站稀少且相距較遠(yuǎn)的情況下，當(dāng)車輛在出發(fā)點(diǎn)到目的地的過程中中途如何選擇一條最短的充電路徑就顯得尤為重要了。本文將對(duì)近年來電車路徑領(lǐng)域的相關(guān)研究進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)而為自己的研究打下基礎(chǔ)并提供一些研究思路。

關(guān)鍵詞：時(shí)間窗；約束最短路徑；充電鉆定位；路徑選擇

一、緒論

由于汽油和柴油動(dòng)力車輛的大量增加而引起的對(duì)石油依賴，能源安全和城市環(huán)境質(zhì)量的擔(dān)憂導(dǎo)致了研究替代能源車輛的動(dòng)機(jī)（Inês等，2011； Hamu等，2013）。 由于在使用過程中污染少，噪音低，能源利用效率高，電動(dòng)汽車（BEV）越來越受到研究人員，政策制定者，消費(fèi)者和工業(yè)界的關(guān)注（Jung和Jayakrishnan，2012）。

隨著電池技術(shù)的不斷創(chuàng)新和政府政策的支持，電動(dòng)汽車已經(jīng)從概念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 在中國(guó)，政府最近宣布了推廣使用電力作為交通運(yùn)輸替代石油的戰(zhàn)略計(jì)劃。 在北京，到2017年，BEV相關(guān)的發(fā)展目標(biāo)是發(fā)布17萬多個(gè)BEV和1萬個(gè)充電點(diǎn)，并且各種財(cái)政和機(jī)構(gòu)政策也被國(guó)家和地方政府提出并實(shí)施，以鼓勵(lì)建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施和居民購買BEV。一般來說，BEV已逐漸進(jìn)入人們的日常生活。

考慮底層的情況。特別是通過人口稀少地區(qū)的旅行，需要駕駛員計(jì)劃什么時(shí)候需要加油。由于標(biāo)準(zhǔn)車輛的加油站數(shù)量很多，這些車輛的駕駛員通常只有在油箱低時(shí)才考慮加油。尋找一個(gè)好的加油點(diǎn)可以通過導(dǎo)航系統(tǒng)和智能手機(jī)應(yīng)用程序得到進(jìn)一步的幫助，如谷歌地圖，為駕車者提供附近加油站的位置。尋找一個(gè)好的加油點(diǎn)可以通過導(dǎo)航系統(tǒng)和智能手機(jī)應(yīng)用程序得到進(jìn)一步的幫助，如谷歌地圖，為駕車者提供附近加油站的位置。因此，車輛可能不得不從最直接的路線繞道。同樣，理解路徑對(duì)于電池交換設(shè)施來說更為重要，因?yàn)榛A(chǔ)設(shè)施將逐漸涉及普及，至少在初期，電池交換站的密度將非常低。因此，需要開發(fā)模型，尋找從起點(diǎn)到目的地的最短路線，包括在整個(gè)過程中的必要的充電繞行。

二、電車路徑問題相關(guān)研究綜述

（一）帶有時(shí)間窗的電車路徑相關(guān)研究

EVRPTW和一些其他的VRP問題在結(jié)構(gòu)上是相似的，都需要中途停下來加油。Crevier，Cordeau，Laporte提出了多配送中心的VRP。這個(gè)模型考慮車輛可以在途中前往配送中心進(jìn)行補(bǔ)貨重裝。作者發(fā)展了一種啟發(fā)式算法，它收到適應(yīng)性記性規(guī)劃的啟發(fā)，包括Rochat，Taillard，TS，以及整數(shù)規(guī)劃。盡管多配送中心的例子被提出，但是所有提出實(shí)例標(biāo)準(zhǔn)的模型只考慮一個(gè)配送中心。因此，Tarantilis，Zachariadis，Kiranoudis重新命名了在中途有重裝設(shè)施的VRP問題（VRPIRF）。他們提出一種混合導(dǎo)向的局部搜索啟發(fā)式算法，它具有三步，第一，初始解通過cost-savings啟發(fā)式算法獲得。第二，一種VNS算法通過使用TS在局部搜索的部分中來被應(yīng)用。第三，結(jié)果通過有導(dǎo)向的局部搜索被大大優(yōu)化。

Michael Schneider，Andreas Stenger提出兩個(gè)啟發(fā)式算法來解決帶有時(shí)間窗和充電站的電車路徑問題（EVRPTW），VNS/TS啟發(fā)式算法，其中，VNS算法的功能為使得搜索多樣化，而TS的功能是對(duì)經(jīng)過VNS步驟后隨機(jī)生成的解在解域中進(jìn)行高效的搜索。Davis和Figliozzi在2013提出的能量消耗的綜合模型可以看作是這個(gè)方向的第一步。此外，硬時(shí)間窗的限制能明顯的增加對(duì)車輛的需求以滿足顧客需求。這推動(dòng)了對(duì)帶有軟時(shí)間窗的EVRPTW問題的研究，因?yàn)橘徶秒娷嚨馁M(fèi)用非常的高。

（二）充電站定位問題

加油站的定位由于車輛使用被壓縮的天然氣或者是電力已經(jīng)被討論過了。Mak，Rong，Shen研究電池?fù)Q電站的位置優(yōu)化以及研究在優(yōu)化后的換電設(shè)施的電池標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)過程。當(dāng)然，有一個(gè)位置補(bǔ)充的問題沒有解決，我們希望在當(dāng)前沒有加油站的地區(qū)建立加油站（電池充電，電池交換，其他替代加油選項(xiàng)都可以類似地處理）幾位研究人員（Kuby 2005； Kuby和Lim 2007； Upchurch等人2009； Capar等人2012）研究了優(yōu)化定位這種加油站的問題。通常情況下，他們使用流量捕獲或流量攔截模型（Hodgson 1990； Berman et al.1992； Rebello et al.1995）的變體來盡可能多地覆蓋給定數(shù)量的站點(diǎn)的起點(diǎn)-終點(diǎn)路線。駕駛員在路程中什么時(shí)候選擇繞道去加油的研究已經(jīng)被廣泛的提出了。另一個(gè)位置問題涉及駕駛?cè)丝诘钠鹩欬c(diǎn)交通模式下的電站定位的影響。如果從出發(fā)地到目的地的旅客不選擇最短路線，而是選擇最小化由于加油引起的繞行成本的路線，則增加BE站將使交通模式改變成新的均衡。最近有人對(duì)電動(dòng)汽車對(duì)交通分配和交通平衡的影響進(jìn)行了研究，但研究?jī)H限于電動(dòng)汽車在不途中充電的行駛距離的假設(shè)。（江等人，2012）。也有人研究如何通過改變公共電動(dòng)車充電站的價(jià)格來管理電動(dòng)汽車充電引起的電力負(fù)荷（He et al，2013）。

三、總結(jié)

綜上本文從帶時(shí)間窗的電車路徑問題，電車約束最短路徑問題，兩個(gè)方面，總結(jié)了近年來在電車路徑領(lǐng)域的研究成果，并提出了自己的看法，為自己以后的研究方向提供了思路。

（作者單位：重慶交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院）

作者簡(jiǎn)介：竹自強(qiáng)，1994年生，男，研究生。

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