纯电动汽车节能型自适应巡航控制研究

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自适应巡航(Adaptive Cruise Control,ACC)作为一种典型的高级驾驶辅助系统,也是节能型驾驶策略发挥其节能优势的理想载体。研究纯电动汽车节能型ACC(Economy-oriented ACC,EACC)系统,不仅有利于推进电动汽车智能化,同时对降低能源消耗、提高交通效率等均具有重要意义。目前,面向纯电动汽车节能型ACC系统的研究尚处于起步阶段,仅有的研究大都沿用燃油车的节能方案,且只针对上层或下层控制器中的一方面进行能耗优化,节能手段单一,节能效果较差。鉴于此,本文以双轴独立驱动电动汽车为研究对象,建立了基于两级能耗优化的纯电动汽车节能型ACC体系架构,并深入研究了该系统涉及的主要关键技术。在上层控制器设计过程中,通过构造多目标优化问题,实现了ACC全工况下的能耗优化。对于巡航模式,采用离散动态规划设计了预见性巡航车速优化算法。该算法以车速为状态变量,基于道路坡道、车辆状态等信息确定巡航过程中各性能指标,然后通过构造并求解指标函数来规划经济巡航车速。仿真结果表明,与传统定速巡航相比,预见性巡航车速优化算法节能2.79%,且未造成时间成本的过度增加。对于跟车模式,基于MPC开发了多目标跟车控制算法。深入分析了系统的控制目标,并对车辆的跟踪性能、舒适性能、经济性能进行了准确量化。基于MPC框架完成了预测优化问题的推导,并提出了适用于非线性优化问题的求解算法。仿真结果表明,与多目标ACC(Multi-Objective Adaptive Cruise Control,MO-ACC)相比,节能型ACC多目标跟车控制算法在保证车辆跟踪性能的基础上,可进一步节能0.53%~3.33%。在下层控制器设计过程中,基于关键部件效率MAP,通过全局优化方法设计了驱动转矩最优分配策略。考虑制动系统特性,将制动划分为液压制动、纯电机再生制动、并联再生制动三种模式,并设计了相应的制动转矩分配策略。然后,采用遍历寻优对驱动/制动转矩分配系数进行求解。仿真结果表明,相比于转矩平均分配策略,能耗最优转矩分配策略节能效果明显,节能比例可达9.71%~13.7%。为避免因转矩分配而导致车辆失稳,本文基于滑模控制理论设计了驱动防滑控制器,然后进一步设计了兼顾经济性、稳定性、动力性的转矩分配与驱动防滑协调控制策略。仿真结果表明,该策略可有效防止车轮滑移率过高,并在此基础上最大限度地保证了车辆动力性。
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