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非结构化道路卡车经济性车速及队列控制研究
| 论文题名： | 非结构化道路卡车经济性车速及队列控制研究 |
| 关键词： | 车辆经济性驾驶;燃油经济性;卡车队列控制;动态规划 |
| 摘要： | 随着世界经济的快速发展，国内交通运输行业迎来高峰期，重型卡车在货物运输领域得到了广泛的应用，在给人们提供便利的同时也带来了环境污染、能源危机等一系列社会问题。卡车经济性驾驶和卡车队列行驶能够有效降低车辆的燃油消耗，为解决上述问题提供了重要手段，已成为目前车辆节能减排技术的研究重点。其中，卡车经济性车速优化与卡车队列控制作为车辆节能减排技术中的关键问题，对提升卡车队列系统的燃油经济性起着至关重要的作用。本文以卡车车队为研究对象，对涉及卡车经济性驾驶和队列行驶中的关键技术展开研究。主要的研究工作如下： 首先，针对卡车系统进行建模，包括卡车的运动学模型、纵向动力学模型以及发动机燃油模型。考虑卡车的双车体结构，利用数学推导的方式建立了标准链接式的卡车运动学模型；考虑坡道路况下卡车的动力学特性，基于牛顿第二定律，建立了坡道路段卡车的纵向动力学模型；基于高精度车辆仿真软件Trucksim中提取出的卡车燃油消耗的相关数据，以发动机转矩为输入建立了卡车发动机的多项式燃油模型，并利用多项式数据拟合的方式得出了燃油模型的数值系数；通过MATLAB对卡车系统的运动学模型以及燃油模型进行仿真验证，证明了所建立模型的有效性。 其次，研究了卡车在坡道路况下的经济性车速优化问题。通过对平直道路卡车的经济性车速求解，得到了卡车不同档位下的经济性车速，并选取平直道路的最优车速作为坡道车速优化系统的初始状态；针对目前车速优化算法存在计算时间和计算效率得不到更好的兼顾的问题，设计了一种改进的变步长迭代动态规划方法，通过迭代压缩状态量网格大小和网格密度，以及改变算法距离步长相结合的方法，来实现算法计算精度和计算效率的同时兼顾；通过MATLAB对该算法进行了仿真验证，证明了算法的有效性。 最后，研究了复杂工况下卡车的队列控制问题。针对非结构化道路，建立了卡车纵横向耦合的队列模型；考虑卡车频繁加减速对燃油经济性产生的负面影响，设计了基于自触发和事件触发的级联触发方案，通过减少非必要控制信号的传输达到降低油耗的目的；针对复杂工况下车队中存在的执行故障、传感器故障以及网络故障问题，设计了级联触发控制器，通过李雅普诺夫稳定性理论，证明了车队系统的闭环稳定，通过对系统的Zeno行为分析量化，得到了触发时间间隔的下界值，保证了算法的实际应用性；通过MATLAB仿真以及搭建缩微智能网联车辆实验平台验证了所提出方案的有效性。 |
| 作者： | 吕顺 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 岳伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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