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适应行驶工况的节能自适应巡航模型预测控制研究
| 论文题名： | 适应行驶工况的节能自适应巡航模型预测控制研究 |
| 关键词： | 乘用车;自适应巡航系统;模型预测控制;行驶工况 |
| 摘要： | 自适应巡航系统(Adaptive Cruise Control,ACC)是一种先进辅助驾驶系统，能够有效缓解驾驶员的驾驶疲劳感，在乘用车中得到广泛应用。传统ACC系统大多以跟驰性和安全性为控制目标，忽略了行驶过程中车辆的燃油经济性和乘坐舒适性，而现有的多目标纵向ACC系统并没有充分考虑行驶工况的差异性。为了提高ACC系统对不同行驶工况的适应能力，提出了一种适应多行驶工况的节能自适应巡航控制系统(Energy-saving Adaptive Cruise Control,EACC)。主要研究内容如下： 首先，针对车辆纵向动力学的非线性特性，分别建立了驱动系统和制动系统逆模型，并基于阈值的切换策略制定了驱动/制动切换逻辑，并设计了前馈反馈控制器。仿真结果表明所设计的控制器可以较好地跟踪期望加速度，为之后控制策略的开发奠定了基础。 其次，设计了用于行驶工况识别的BP神经网络(Back-Propagation Neural Network)。通过相关系数法筛选了一系列特征参数，确定了BP神经网络的输入参数为最大车速、停车时间、最大加速度、最小加速度、加速度方差和行驶距离，输出参数为行驶工况类型，并选择了合适的识别窗口长度和网络隐含层神经元个数。最后在Simulink中进行了行驶工况在线识别验证，仿真结果表明，所设计的行驶工况识别算法可以快速，准确地识别行驶工况类型，为之后适应行驶工况的自适应巡航控制算法设计提供了可行性。 然后，搭建自适应巡航跟驰预测模型，在此基础上，针对城市、城郊和公路三种行驶工况，设计了对应的目标函数和约束条件，其中城市工况以加速度和控制量增量的加权作为目标函数，并以控制量、控制量增量、车间距和车速误差作为约束对象；城郊工况以经济性指标和跟驰性指标的加权作为目标函数，约束对象和城市工况一致；公路工况以车间距误差作为目标函数，约束对象为控制量增量、车间距和车速误差。针对城郊工况中经济性和跟驰性的冲突问题，采用多目标遗传算法确定二者权重系数。 最后，搭建了Carsim/Simulink联合仿真平台。分别在城市、城郊和公路工况下进行了仿真。结果表明，在三种行驶工况下，适应多行驶工况的节能自适应巡航控制系统均保证了行车安全性。城市工况下，与传统ACC系统相比，使用EACC系统的车辆其加速度曲线更平滑，油耗更低；城郊工况下，与传统ACC系统相比，使用EACC系统的车辆的跟驰性和燃油经济性均有优势；公路工况下，使用EACC系统的车辆的跟驰性和经济性与传统ACC系统基本一致。通过上述分析可知：EACC系统可以根据行驶工况类型选择目标函数，实现在保证行车安全性的前提下，有针对性地提高燃油经济性。 |
| 作者： | 吴陶然 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 姜顺明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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