基于MPC算法的混合動力汽車自適應巡航控制研究

【摘要】：車輛自適應巡航控制ACC(Adaptive Cruise Control)系統(tǒng)是從傳統(tǒng)的定速巡航CC(Cruise Control)系統(tǒng)發(fā)展而來的安全輔助駕駛系統(tǒng),使用ACC系統(tǒng)能夠有效地減輕駕駛員負擔,減少由于錯誤駕駛和疲勞駕駛引起的交通事故,對于緩解交通擁堵也能起到一定的作用。而混合動力汽車具有節(jié)省燃油、環(huán)境友好等特點。因此,從人、交通、環(huán)境以及能源的角度看,研究混合動力汽車自適應巡航控制系統(tǒng)都是具有很重要的工程應用價值。本文對混合動力汽車ACC系統(tǒng)控制策略進行了研究,主要研究內(nèi)容如下:首先建立了混合動力汽車傳動系統(tǒng)模型,包括發(fā)動機、電動機、蓄電池,并采用粒子群優(yōu)化算法對發(fā)動機油耗和電機效率進行了數(shù)學擬合,以提高算法的運算速度。其次,設計了可變車間時距的安全距離算法,對該算法進行了穩(wěn)定性分析,并將其與傳統(tǒng)的固定車間時距安全距離算法結(jié)果進行了對比。設計了基于多目標優(yōu)化函數(shù)的混合動力汽車自適應巡航系統(tǒng)全局優(yōu)化控制策略,多目標包括跟隨指標、節(jié)能指標,為了能夠避免發(fā)動機頻繁帶來的油耗惡化和對發(fā)動機造成的損壞,設計了發(fā)動機頻繁啟停函數(shù)。并在“走-?！惫r、平路跟隨工況、下坡跟隨工況和上坡跟隨工況和NEDC工況五種典型工況下進行了仿真分析。在全局優(yōu)化控制策略分析的基礎(chǔ)上,設計了混合動力汽車自適應巡航控制系統(tǒng)模型預測控制策略。采用C語言與MATLAB/Simulink建立仿真模型,采用與全局優(yōu)化策略相同的仿真工況進行了仿真。結(jié)果表明所設計的ACC預測控制策略能夠控制ACC車輛在保持與前車安全距離的情況下跟隨前車行駛,能夠合理控制發(fā)動機與電機協(xié)調(diào)工作,發(fā)動機的頻繁起停次數(shù)也得到了較大程度的減少,蓄電池SOC與全局優(yōu)化控制下SOC值相差很小。 【關(guān)鍵詞】：混合動力汽車 自適應巡航控制系統(tǒng) 預測控制 動力學模型 仿真
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U469.7
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-18
• 1.1 研究的背景及意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 ACC產(chǎn)品發(fā)展情況11-12
• 1.2.2 ACC理論研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容15-18
• 2 混合動力汽車縱向動力學模型建立18-26
• 2.1 混合動力汽車傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型18-19
• 2.2 車輛縱向動力學模型建立19-25
• 2.2.1 發(fā)動機模型19-21
• 2.2.2 電機模型21-23
• 2.2.3 蓄電池模型23-25
• 2.3 小結(jié)25-26
• 3 混合動力汽車ACC系統(tǒng)控制策略及算法設計26-40
• 3.1 引言26
• 3.2 安全距離算法26-29
• 3.2.1 安全距離算法研究分析26-28
• 3.2.2 安全距離算法設計28-29
• 3.3 全局優(yōu)化控制策略29-32
• 3.3.1 動態(tài)規(guī)劃基本原理29-31
• 3.3.2 ACC巡航控制系統(tǒng)全局優(yōu)化控制模型31-32
• 3.4 自適應巡航系統(tǒng)模型預測控制策略32-38
• 3.4.1 模型預測控制理論32-35
• 3.4.2 ACC系統(tǒng)模型預測控制35-36
• 3.4.3 汽車制動轉(zhuǎn)矩分配策略36-38
• 3.5 小結(jié)38-40
• 4 ACC系統(tǒng)全局優(yōu)化控制策略仿真分析40-60
• 4.1 典型工況仿真分析40-58
• 4.1.1“走-停”工況41-44
• 4.1.2 平路跟隨工況44-47
• 4.1.3 下坡跟隨工況47-52
• 4.1.4 上坡跟隨工況52-55
• 4.1.5 NEDC工況55-58
• 4.2 小結(jié)58-60
• 5 ACC系統(tǒng)模型預測控制策略仿真分析60-76
• 5.1 MATLAB/Simulink的S函數(shù)介紹60
• 5.2 嵌入C語言編寫的S函數(shù)的MATLAB/Simulink模型60-61
• 5.3 ACC系統(tǒng)模型預測控制仿真及分析61-75
• 5.3.1“走-?！惫r61-64
• 5.3.2 平路跟隨工況64-66
• 5.3.3 下坡跟隨工況66-69
• 5.3.4 上坡跟隨工況69-72
• 5.3.5 NEDC工況72-75
• 5.4 小結(jié)75-76
• 6 結(jié)論及展望76-78
• 6.1 全文總結(jié)76
• 6.2 工作展望76-78
• 致謝78-80
• 參考文獻80-84
• 附錄84
• A. 作者在攻讀碩士學位期間參與的科研項目84

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