基于TPFM和MPC的汽车经济型巡航控制方法研究
发布时间：2022-10-10 16:47
随着汽车产业的快速发展,我国石油能源消耗急剧增加,降低车辆的能源消耗成为近些年汽车行业的研究热点。从当前的研究成果来看,提升车辆燃油经济性,降低汽车行驶过程中油耗的相关技术可以分为以下四类:优化发动机和整车设计、经济型驾驶策略、智能交通管理技术及新能源汽车技术。其中,经济型驾驶策略通过改善驾驶员决策以及对油门、挡位、制动的操控,节约燃油量为15%左右,此类方法已成为汽车节能领域的重要发展方向。汽车巡航系统因具备智能化硬件体系,可代替驾驶员自动完成驾驶任务,已成为经济型驾驶策略的理想载体。因此,汽车经济型巡航技术的研究,可最大程度的发挥经济型驾驶策略的节油潜力,提升车辆燃油经济性。本文根据自适应巡航系统的工作模式,将汽车经济型巡航系统按照检测范围内是否有前车分为两种控制模式。当前方检测范围内无车时,巡航系统执行经济车速控制;当前方检测范围内有车时,巡航系统执行多目标控制,在满足安全跟车行驶的前提下,提升车辆的燃油经济性。本文针对上述两种模式下的经济型巡航系统进行研究,主要研究内容包括以下四个方面:（1）经济型巡航控制结构设计及系统动力学模型建立根据控制机理不同,分别设计自由行驶模式及跟驰...
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 巡航系统安全距离模型研究现状
1.2.2 车辆燃油消耗模型研究现状
1.2.3 汽车经济型巡航技术研究现状
1.2.4 巡航控制方法研究现状
1.2.5 研究现状总结
1.3 主要研究内容
1.4 技术路线
1.5 本章小结
第2章 汽车经济型巡航系统结构设计及系统动力学建模
2.1 经济型巡航系统结构设计
2.1.1 经济型巡航系统总体方案
2.1.2 经济型巡航系统关键技术
2.2 系统动力学模型的构建
2.2.1 车辆动力学模型
2.2.2 车间纵向动力学模型
2.3 本章小结
第3章 基于TPFM油耗模型的经济车速规划算法
3.1 瞬态油耗模型建模分析
3.2 建模数据及数据预处理
3.2.1 建模数据
3.2.2 数据预处理
3.2.3 模型所需参数估计
3.3 TPFM油耗模型的建立
3.3.1 多项式油耗模型
3.3.2 BIC信息量准则
3.3.3 基于BIC的稳态油耗模型评估
3.3.4 油耗模型的瞬态修正
3.4 TPFM油耗模型验证
3.4.1 瞬态修正模块验证
3.4.2 模型整体验证
3.5 经济车速优化系统的构建
3.5.1 动态规划算法
3.5.2 经济车速优化控制系统结构
3.6 基于TPFM油耗模型的经济车速规划算法
3.6.1 平直道路车速优化
3.6.2 坡道经济车速规划
3.7 本章小结
第4章 基于可变权重MPC的经济型巡航系统控制算法研究
4.1 基于MPC的经济型巡航控制器系统
4.1.1 MPC控制理论
4.1.2 经济型巡航控制器结构
4.1.3 经济型巡航系统控制对象
4.2 经济型巡航系统性能指标设计
4.2.1 经济型巡航系统控制目标
4.2.2 性能指标的代价函数和约束条件设计
4.3 基于车间运动状态的权重调整策略
4.4 经济型巡航系统预测优化问题的推导
4.4.1 运动状态的预测型转化
4.4.2 代价函数与约束条件的预测型转化
4.4.3 预测优化问题的建立
4.5 模型预测控制算法的应用处理
4.5.1 基于反馈校正的预测模型
4.5.2 基于松弛因子的非可行解处理
4.6 本章小结
第5章 经济型巡航控制系统实验分析
5.1 经济车速规划算法验证
5.1.1 基于Matlab/Carsim的仿真实验设计
5.1.2 坡道验证
5.1.3 真实道路验证
5.2 基于可变权重MPC的经济型巡航系统控制算法实验分析
5.2.1 联合仿真实验设计
5.2.2 实验结果分析
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
后记和致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于安全距离的手动—自动驾驶混合交通流研究[J]. 邱小平,马丽娜,周小霞,杨达. 交通运输系统工程与信息. 2016(04)
[2]汽车自适应巡航系统的多模式切换控制[J]. 裴晓飞,刘昭度,马国成,齐志权. 机械工程学报. 2012(10)
[3]一种汽车巡航控制的分层控制算法[J]. 裴晓飞,刘昭度,马国成,李径亮. 北京理工大学学报. 2012(05)
[4]MPC实用化问题处理及在车辆ACC中的应用[J]. 李升波,王建强,李克强,张磊. 清华大学学报(自然科学版). 2010(05)
[5]一种改进的鲁棒约束预测控制器的综合设计方法[J]. 郑鹏远,席裕庚,李德伟. 控制与决策. 2008(09)
[6]多输入离散时间系统滑模预测控制[J]. 宋立忠,陈少昌,姚琼荟. 电机与控制学报. 2005(02)
[7]车辆起-停巡航控制系统的加速度跟踪控制[J]. 宾洋,李克强,连小珉,UKAWA Hiroshi,HANDA Masatoshi,IDONUMA Hideyuki. 清华大学学报(自然科学版). 2005(02)
[8]滑模预测离散变结构控制[J]. 宋立忠,陈少昌,姚琼荟. 控制理论与应用. 2004(05)
[9]基于模糊推理的跟驰安全距离控制算法及实现[J]. 王文清,王武宏,钟永刚,易生平. 交通运输工程学报. 2003(01)
[10]一种基于闭环优化的新型鲁棒预测控制方法[J]. 盛云龙,苏宏业,褚健. 浙江大学学报(理学版). 2003(01)
博士论文
[1]具有换道辅助功能的车辆自适应巡航控制[D]. 党睿娜.清华大学 2013
[2]约束条件下的模型选择方法及其应用[D]. 刘天庆.东北师范大学 2010
[3]基于驾驶员特性自学习方法的车辆纵向驾驶辅助系统[D]. 张磊.清华大学 2009
[4]非线性系统建模及预测控制若干问题研究[D]. 刘斌.浙江大学 2004
[5]模型预测控制理论及应用研究[D]. 徐祖华.浙江大学 2004
[6]汽车纵向主动避撞系统的研究[D]. 侯德藻.清华大学 2004
硕士论文
[1]基于车联网的汽车行驶经济车速控制方法[D]. 俞倩雯.清华大学 2014
本文编号：3689997
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 巡航系统安全距离模型研究现状
1.2.2 车辆燃油消耗模型研究现状
1.2.3 汽车经济型巡航技术研究现状
1.2.4 巡航控制方法研究现状
1.2.5 研究现状总结
1.3 主要研究内容
1.4 技术路线
1.5 本章小结
第2章 汽车经济型巡航系统结构设计及系统动力学建模
2.1 经济型巡航系统结构设计
2.1.1 经济型巡航系统总体方案
2.1.2 经济型巡航系统关键技术
2.2 系统动力学模型的构建
2.2.1 车辆动力学模型
2.2.2 车间纵向动力学模型
2.3 本章小结
第3章 基于TPFM油耗模型的经济车速规划算法
3.1 瞬态油耗模型建模分析
3.2 建模数据及数据预处理
3.2.1 建模数据
3.2.2 数据预处理
3.2.3 模型所需参数估计
3.3 TPFM油耗模型的建立
3.3.1 多项式油耗模型
3.3.2 BIC信息量准则
3.3.3 基于BIC的稳态油耗模型评估
3.3.4 油耗模型的瞬态修正
3.4 TPFM油耗模型验证
3.4.1 瞬态修正模块验证
3.4.2 模型整体验证
3.5 经济车速优化系统的构建
3.5.1 动态规划算法
3.5.2 经济车速优化控制系统结构
3.6 基于TPFM油耗模型的经济车速规划算法
3.6.1 平直道路车速优化
3.6.2 坡道经济车速规划
3.7 本章小结
第4章 基于可变权重MPC的经济型巡航系统控制算法研究
4.1 基于MPC的经济型巡航控制器系统
4.1.1 MPC控制理论
4.1.2 经济型巡航控制器结构
4.1.3 经济型巡航系统控制对象
4.2 经济型巡航系统性能指标设计
4.2.1 经济型巡航系统控制目标
4.2.2 性能指标的代价函数和约束条件设计
4.3 基于车间运动状态的权重调整策略
4.4 经济型巡航系统预测优化问题的推导
4.4.1 运动状态的预测型转化
4.4.2 代价函数与约束条件的预测型转化
4.4.3 预测优化问题的建立
4.5 模型预测控制算法的应用处理
4.5.1 基于反馈校正的预测模型
4.5.2 基于松弛因子的非可行解处理
4.6 本章小结
第5章 经济型巡航控制系统实验分析
5.1 经济车速规划算法验证
5.1.1 基于Matlab/Carsim的仿真实验设计
5.1.2 坡道验证
5.1.3 真实道路验证
5.2 基于可变权重MPC的经济型巡航系统控制算法实验分析
5.2.1 联合仿真实验设计
5.2.2 实验结果分析
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
后记和致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于安全距离的手动—自动驾驶混合交通流研究[J]. 邱小平,马丽娜,周小霞,杨达. 交通运输系统工程与信息. 2016(04)
[2]汽车自适应巡航系统的多模式切换控制[J]. 裴晓飞,刘昭度,马国成,齐志权. 机械工程学报. 2012(10)
[3]一种汽车巡航控制的分层控制算法[J]. 裴晓飞,刘昭度,马国成,李径亮. 北京理工大学学报. 2012(05)
[4]MPC实用化问题处理及在车辆ACC中的应用[J]. 李升波,王建强,李克强,张磊. 清华大学学报(自然科学版). 2010(05)
[5]一种改进的鲁棒约束预测控制器的综合设计方法[J]. 郑鹏远,席裕庚,李德伟. 控制与决策. 2008(09)
[6]多输入离散时间系统滑模预测控制[J]. 宋立忠,陈少昌,姚琼荟. 电机与控制学报. 2005(02)
[7]车辆起-停巡航控制系统的加速度跟踪控制[J]. 宾洋,李克强,连小珉,UKAWA Hiroshi,HANDA Masatoshi,IDONUMA Hideyuki. 清华大学学报(自然科学版). 2005(02)
[8]滑模预测离散变结构控制[J]. 宋立忠,陈少昌,姚琼荟. 控制理论与应用. 2004(05)
[9]基于模糊推理的跟驰安全距离控制算法及实现[J]. 王文清,王武宏,钟永刚,易生平. 交通运输工程学报. 2003(01)
[10]一种基于闭环优化的新型鲁棒预测控制方法[J]. 盛云龙,苏宏业,褚健. 浙江大学学报(理学版). 2003(01)
博士论文
[1]具有换道辅助功能的车辆自适应巡航控制[D]. 党睿娜.清华大学 2013
[2]约束条件下的模型选择方法及其应用[D]. 刘天庆.东北师范大学 2010
[3]基于驾驶员特性自学习方法的车辆纵向驾驶辅助系统[D]. 张磊.清华大学 2009
[4]非线性系统建模及预测控制若干问题研究[D]. 刘斌.浙江大学 2004
[5]模型预测控制理论及应用研究[D]. 徐祖华.浙江大学 2004
[6]汽车纵向主动避撞系统的研究[D]. 侯德藻.清华大学 2004
硕士论文
[1]基于车联网的汽车行驶经济车速控制方法[D]. 俞倩雯.清华大学 2014
本文编号：3689997
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/3689997.html
