基于MPC算法的混合动力汽车自适应巡航控制研究

【摘要】：车辆自适应巡航控制ACC(Adaptive Cruise Control)系统是从传统的定速巡航CC(Cruise Control)系统发展而来的安全辅助驾驶系统,使用ACC系统能够有效地减轻驾驶员负担,减少由于错误驾驶和疲劳驾驶引起的交通事故,对于缓解交通拥堵也能起到一定的作用。而混合动力汽车具有节省燃油、环境友好等特点。因此,从人、交通、环境以及能源的角度看,研究混合动力汽车自适应巡航控制系统都是具有很重要的工程应用价值。本文对混合动力汽车ACC系统控制策略进行了研究,主要研究内容如下:首先建立了混合动力汽车传动系统模型,包括发动机、电动机、蓄电池,并采用粒子群优化算法对发动机油耗和电机效率进行了数学拟合,以提高算法的运算速度。其次,设计了可变车间时距的安全距离算法,对该算法进行了稳定性分析,并将其与传统的固定车间时距安全距离算法结果进行了对比。设计了基于多目标优化函数的混合动力汽车自适应巡航系统全局优化控制策略,多目标包括跟随指标、节能指标,为了能够避免发动机频繁带来的油耗恶化和对发动机造成的损坏,设计了发动机频繁启停函数。并在“走-停”工况、平路跟随工况、下坡跟随工况和上坡跟随工况和NEDC工况五种典型工况下进行了仿真分析。在全局优化控制策略分析的基础上,设计了混合动力汽车自适应巡航控制系统模型预测控制策略。采用C语言与MATLAB/Simulink建立仿真模型,采用与全局优化策略相同的仿真工况进行了仿真。结果表明所设计的ACC预测控制策略能够控制ACC车辆在保持与前车安全距离的情况下跟随前车行驶,能够合理控制发动机与电机协调工作,发动机的频繁起停次数也得到了较大程度的减少,蓄电池SOC与全局优化控制下SOC值相差很小。 【关键词】：混合动力汽车 自适应巡航控制系统 预测控制 动力学模型 仿真
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 研究的背景及意义9-11
• 1.2 国内外发展现状11-15
• 1.2.1 ACC产品发展情况11-12
• 1.2.2 ACC理论研究现状12-15
• 1.3 本文主要研究内容15-18
• 2 混合动力汽车纵向动力学模型建立18-26
• 2.1 混合动力汽车传动系统结构模型18-19
• 2.2 车辆纵向动力学模型建立19-25
• 2.2.1 发动机模型19-21
• 2.2.2 电机模型21-23
• 2.2.3 蓄电池模型23-25
• 2.3 小结25-26
• 3 混合动力汽车ACC系统控制策略及算法设计26-40
• 3.1 引言26
• 3.2 安全距离算法26-29
• 3.2.1 安全距离算法研究分析26-28
• 3.2.2 安全距离算法设计28-29
• 3.3 全局优化控制策略29-32
• 3.3.1 动态规划基本原理29-31
• 3.3.2 ACC巡航控制系统全局优化控制模型31-32
• 3.4 自适应巡航系统模型预测控制策略32-38
• 3.4.1 模型预测控制理论32-35
• 3.4.2 ACC系统模型预测控制35-36
• 3.4.3 汽车制动转矩分配策略36-38
• 3.5 小结38-40
• 4 ACC系统全局优化控制策略仿真分析40-60
• 4.1 典型工况仿真分析40-58
• 4.1.1“走-停”工况41-44
• 4.1.2 平路跟随工况44-47
• 4.1.3 下坡跟随工况47-52
• 4.1.4 上坡跟随工况52-55
• 4.1.5 NEDC工况55-58
• 4.2 小结58-60
• 5 ACC系统模型预测控制策略仿真分析60-76
• 5.1 MATLAB/Simulink的S函数介绍60
• 5.2 嵌入C语言编写的S函数的MATLAB/Simulink模型60-61
• 5.3 ACC系统模型预测控制仿真及分析61-75
• 5.3.1“走-停”工况61-64
• 5.3.2 平路跟随工况64-66
• 5.3.3 下坡跟随工况66-69
• 5.3.4 上坡跟随工况69-72
• 5.3.5 NEDC工况72-75
• 5.4 小结75-76
• 6 结论及展望76-78
• 6.1 全文总结76
• 6.2 工作展望76-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-84
• 附录84
• A. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目84

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