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原文传递基于智能网联的纯电动车节能控制系统仿真研究

论文题名：	基于智能网联的纯电动车节能控制系统仿真研究
关键词：	纯电动汽车;行驶速度规划;模型预测控制
摘要：	汽车的普及给能源和环境带来了巨大压力，节能减排降碳成为汽车行业发展关注的重点，纯电动汽车成为汽车发展的重要方向。基于智能网联的纯电动汽车节能控制可以降低纯电动汽车的行驶能量消耗，提升续航里程，具有重要的研究价值。本文针对通畅道路工况下的纯电动汽车节能控制问题和考虑交通信号灯的智能网联纯电动汽车节能控制问题展开研究，旨在优化纯电动汽车的行驶能耗。　　首先，在阅读大量文献的基础上对智能网联汽车节能控制的研究现状作出总结，选取纯电动汽车为研究对象，对通过速度规划来优化汽车行驶能耗的节能控制问题进行研究。在仿真软件AMESim中建立纯电动汽车被控对象模型，同时建立AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真平台，用于后续控制器的控制效果验证。　　其次，针对通畅道路工况下的纯电动汽车节能控制问题，提出了一种基于变预测时域模型预测控制的汽车行驶速度规划方法。在对优化问题进行分析的基础上，建立用于控制器设计的纯电动汽车线性纵向动力学模型，并基于该模型进行预测方程的推导。从减少电机工作损耗这一角度出发构建优化问题目标函数，将道路限速、执行机构限制等转化为优化问题约束，基于电机损失功率MAP将电机损失功率与电机转速和电机转矩的关系拟合成多项式的形式。为便于优化问题求解，提出了变预测时域的模型预测控制方法，并将优化问题的终端速度约束和终端距离约束转化为目标函数终端惩罚项。设计了相应的仿真工况，在MATLAB/Simulink与AMESim联合仿真平台上进行控制器效果验证。仿真结果表明，纯电动汽车以速度规划结果行驶相对驾驶员驾驶能够取得29.08%的节能效果，说明设计的控制器效果良好，证明了提出方法的有效性。　　最后，在对通畅道路工况下的纯电动汽车节能控制问题进行研究的基础上，考虑交通信号灯对汽车行驶的影响，提出了一种基于变步长模型预测控制的融合交通信号灯信息的汽车行驶速度规划方法。基于V2X（VehicletoEverything）技术，汽车能够提前获知行驶前方路口的交通信号灯变化信息，获知的交通信号灯变化信息将用于指导汽车的行驶速度规划。在对优化问题进行分析的基础上，建立用于控制器设计的非线性纵向动力学模型，并基于该模型进行预测方程推导。在构建优化问题描述时，从减少电机工作损耗这一角度出发建立目标函数，将交通信号灯变化信息转化为目标函数及约束的一部分。为使速度规划结果有效满足优化问题的终端约束，提出了用于优化问题求解的变步长模型预测控制方法，将控制器采样时间设计成与汽车行驶速度相关。在设计驾驶任务时，参考驾驶员的驾驶结果定义驾驶任务参数，采取分路段规划的方式进行速度规划。仿真结果表明，无论是在考虑单个交通信号灯的行驶场景还是在考虑多个交通信号灯的行驶场景，纯电动汽车以速度规划结果行驶相对驾驶员驾驶均能取得较好的节能效果，减少了等待红灯时间，证明了提出方法的有效性。
作者：	雷鹏飞
专业：	动力工程
导师：	刘宇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022