【摘 要】
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随着车联网技术的发展,电动汽车可以更好地理解周围的交通环境,同时也能够开发实时节能控制方法进一步提高能源效率。此外,由于四轮独立驱动独立转向电动汽车具有转矩独立可控、动力输出平稳高效、结构紧凑等特点,为整车的节能与安全提供了更多的管理空间。但是,电动汽车是一个多系统耦合的过驱动控制系统,这给控制系统的设计与优化带来了挑战,并且能量损耗也变得更加复杂,对电动汽车的能量利用效率提出了更高的要求。因此,
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随着车联网技术的发展,电动汽车可以更好地理解周围的交通环境,同时也能够开发实时节能控制方法进一步提高能源效率。此外,由于四轮独立驱动独立转向电动汽车具有转矩独立可控、动力输出平稳高效、结构紧凑等特点,为整车的节能与安全提供了更多的管理空间。但是,电动汽车是一个多系统耦合的过驱动控制系统,这给控制系统的设计与优化带来了挑战,并且能量损耗也变得更加复杂,对电动汽车的能量利用效率提出了更高的要求。因此,进行面向队列场景的电动汽车的能量管理策略和集成控制的研究具有重要的科学理论意义和实际应用价值。本文面向队列场景中电动汽车的能量管理策略和集成控制策略开展研究,旨在提高电动汽车的能量利用效率和安全性能,实现四轮独立驱动独立转向电动汽车“安全-动力-节能”的多目标需求。基于电动汽车的能量损耗机理,提出了包含协同自适应巡航控制系统、驱动系统、转向系统在内的多系统耦合能量效率优化与集成控制策略。本文的主要研究内容和创新点如下:(1)确定了分层式的集成控制框架,将所提出的集成控制算法划分为经济型协同自适应巡航控制、车辆稳定性控制以及转矩能效优化控制分配三部分。在此基础上,采用有限状态机和模型预测控制方法,设计了具有辅助换道功能的经济型协同自适应巡航控制系统,仿真结果表明提出的控制策略能够显著降低车辆在高速行驶时的能量损耗。(2)综合考虑驱动和转向系统的动力学特性以及耦合关系,采用模型预测控制方法设计了四轮独立驱动独立转向电动汽车的驱动/转向集成控制算法,有效地提高了车辆的轨迹跟踪能力和横摆稳定性能。(3)建立了电机和轮胎的能耗模型,并基于驱动饱和以及安全性约束条件,结合线性二次型调节器和控制分配方法设计了转矩能效优化控制器,优化了输出底层执行电机的转矩命令,降低了电机和轮胎的能量消耗。论文对提出的多系统耦合电动汽车能量效率优化和集成控制方法进行了明确论证,并给出了详尽的控制方法推导过程。为了验证控制策略的有效性,在所搭建的电动汽车MATLAB/Simulink仿真模型和协同驾驶平台上分别进行了算法的仿真验证,并给出了相关结果分析。结果表明,文中所提出的控制方法降低了测试工况下目标车辆13.5%的能量损耗,提高了车辆的能量利用效率,同时也降低了队列中所有车辆的空气阻力损耗。
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