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原文传递 PHEV车辆队列经济性车速规划研究

论文题名：	PHEV车辆队列经济性车速规划研究
关键词：	插电式混合动力汽车;车辆队列;车速规划;能量管理;跟车策略
摘要：	随着能源短缺、道路拥堵和交通事故等问题的日益突出，世界各国积极寻找解决方案，其中大量研究聚焦于插电式混合动力汽车 (Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)队列以解决上述问题。一方面，PHEV 兼备传统燃油车和纯电车的优势，可以改善车辆的燃油经济性；另一方面，车辆队列控制技术可以提升道路利用率，减少交通事故。然而， PHEV 车辆队列仍存在因初始状态不同和以不合理的车速行驶造成队列总能耗增的问题，因此本文选取 PHEV 车辆队列作为研究对象，进行了队列整体经济性最优的车速规划研究，以降低车辆队列的行驶总能耗。主要研究内容包括：　　(1)对单车PHEV的结构特点和工作模型进行分析，建立关键零部件和整车动力学模型，制定考虑机械制动力矩分配的无人驾驶车辆 CD/CS (Charge of Depleting/Charge of Sustaining，CD/CS) 能量管理策略，以 WLTC (Worldwide Light-duty Test Cycle，WLTC) 循环工况和减速测试工况作为输入，对所建模型和能量管理策略进行仿真分析，验证模型与策略的合理性和有效性。　　(2)将单车纵向动力学模型作为车辆队列节点，在纵向动力学模型中引入变空气阻力系数，选取了与跟车策略对应的信息流拓扑结构，在此基础上提出一种双工况跟车间距控制策略，设计了能够兼容多种跟车间距控制策略的分布式非线性控制器，构建 5 车车辆队列，通过与定时距跟车策略进行对比仿真分析，双工况策略相较于定时距策略空阻系数分别减少25%、27%、30%、38%和20%；在匀速阶段，空气阻力分别降低26%、34%、34%、37%、和22%；速度误差平均减小22%。　　(3)针对后续车辆队列算法计算量大不能实时在线的问题，提出了边界车速规划研究，减小后续算法的计算量的同时提升车辆队列的运行速率。首先分析车速曲线类型，综合各曲线特性，选择 7段式 S 型速度曲线作为研究对象。在此基础上，建立该速度曲线的数学模型，通过理论对加速度参数进行选取，通过实车道路实验对冲击度计算公式所需参数进行采集，最后规划出研究所需边界车速曲线。　　(4)针对PHEV车辆队列总能耗与行驶时间相互影响的问题，构建了多目标优化的指标函数，然后，构建基于动态规划 (Dynamic Programming，DP) 的PHEV 车辆队列经济性车速规划算法，并对该问题进行求解，最后，通过边界车速规划的速度上下限求解出时间权重系数的范围，在该范围内对行驶时间和队列总能耗综合比较，选择满足需求的时间权重系数，并与无时间成本的仿真结果进行对比；基于所选时间权重系数，对算法中的状态变量和控制变量等参数进行分析，验证算法的可行性；将最佳时间权重系数对应的经济性车速输入到不考虑全局规划PHEV车辆队列中，与上述经济性车速算法形成比较，DP算法控制下的经济性车速降低PHEV队列总能耗成本20.25%，证明了算法节能的潜力。
作者：	张嘉璐
专业：	车辆工程
导师：	罗勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2023