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首页电动车换挡策略研究:提升经济性和性能
(3)基于马尔可夫原理搭建车辆行驶状态预测模型。收集车辆行驶状态的相关参数,如车速、加速度、冲击度等,通过对大量训练数据的分析,构建出马尔可夫预测模型的转移矩阵。这一模型能够实时预测车辆的速度变化和加速度趋势,从而为挡位决策提供依据。在Cruise-Matlab联合仿真平台上,对预测模型进行了验证,确保其预测精度满足实际需求。同时,为了保证模型在实时计算中的高效性,对马尔可夫转移矩阵进行了优化处理。 (4)设计车辆行驶挡位的在线优化策略。结合车辆当前状态预测和静态、动态换挡点的计算结果,提出了一种车辆行驶挡位的在线优化算法。该算法能够在车辆运行过程中动态调整挡位,以适应不断变化的道路条件和驾驶模式,确保在满足动力性和舒适性的同时,最大程度地提高能效。 (5)实施整车性能优化。将所研发的在线挡位优化策略集成到车辆控制系统中,通过Cruise-Matlab联合仿真平台进行整车性能的仿真测试。通过对各种工况下的仿真结果分析,验证了所提出的挡位决策策略能够显著提升电动车的经济性,降低能耗,同时保持良好的驾驶性能。 (6)实车试验验证。在理论研究和仿真验证的基础上,进行了实车试验,通过对比实验数据与传统挡位决策方法,进一步证明了预测性挡位决策的有效性和优越性。实车试验结果与仿真结果一致,表明所提出的策略在实际应用中具有良好的可行性和实用性。 本研究针对电动车的挡位决策问题,结合MATLAB工具,深入探讨了电动车的静态和动态换挡策略,建立了基于马尔可夫预测模型的在线挡位优化机制,旨在提高电动车的能效和驾驶性能。这一研究不仅为电动车的智能控制提供了新的思路,也为未来电动车的多挡化设计和控制策略优化提供了理论支持。
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第 1 章 绪论
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张东东
[56]
以电动汽车百公里加速时间以及单位里程能量消耗为优化目标,
利用 NSGA-Ⅱ优化算法对车辆的换挡点进行求解,最终得到换挡规律的帕累托
最优解。随后在求解过程中加入电机效率作为选取条件,最终在仿真中达到了车
辆动力性与经济性的提高。
毕善汕
[57]
考虑车辆的动力性、经济性以及制动能量回收,设计了针对不同目
标的换挡规律。同时,在动力需求因数计算结果的基础上,利用模糊原理求解需
求因数增量,利用 PID 迭代学习器对其进行优化,并设计了换挡规律切换控制
器。通过仿真实验对比发现,车辆的加速性能得到了保证,同时大幅提升了车辆
的经济性。最后利用实车试验验证了换挡模型的可行性。
1.3
研究内容与技术路线
本文以一款搭载两挡平行轴自动变速器的纯电动乘用车为例,结 合 汽车电气
化趋势,重点解决车辆静态换挡点无法考虑车辆动态特性、车辆动态换挡点无法
进行实时求解的难点,在马尔可夫模型预测车辆行驶状态参数的基础上,提出了
一种基于 MPC 控制算法的车辆换挡点在线优化方法,最终完成对整车动力性、
经济性以及驾驶性的优化。最后通过仿真实验,验证 MPC 在线换挡优化策略优
化效果明显优于静态换挡点,同时能接近于动态最优换挡点。研究具体内容如下
所示:
(1)搭建电动汽车车辆仿真模型,并选取传动系最优传动比。本文选取一
款搭载了两挡平行轴式自动变速器的电动乘用车作为研究对象,通过 AVL-Cruise
建立整车纵向动力学仿真模型,通过 Matlab-Simulink 建立换挡控制模型,并搭
建 Cruise-Matlab 联合仿真平台。同时利用贪心算法,以车辆固定循环工况下最
小能耗为目标,对车辆不同挡位的最优传动比进行求解。
(2)求解车辆的静态换挡点以及动态最优换挡点。根据车辆驱动电机外特
性曲线以及效率 MAP 曲线等部件特性,求解车辆的最佳动力换挡 MAP 与车辆
的最佳经济换挡 MAP,基于多目标优化问题,制定在低速情况下能够最大化保
证车辆动力性,中高速情况下能最大化保证车辆经济性的静态换挡 MAP。在全
局行驶工况已知的情况下,利用动态规划算法,对车辆的循环工况离散化,使得
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吉林大学硕士学位论文
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车辆的换挡点求解成为典型的多阶段决策问题,最终求得出车辆换挡点的动态最
优解。
(3)基于马尔可夫原理搭建车辆行驶状态预测模型。收集车辆行驶状态相
关参数——车速、加速度、冲击度,利用训练集数据得到马尔可夫预测模型转移
矩阵,最终完成对车辆速度、加速度的实时预测,在仿真平台验证预测模型的准
确性。同时考虑到预测模型的实时性,针对马尔可夫转移矩阵进行优化,并通过
分析预测结果,对预测时域进行选择。
(4)基于模型预测控制算法对车辆的换挡点进行在线求解。考虑车速与加
速踏板开度对驱动电机工作点的影响,在获得预测车辆行驶参数的基础上,搭建
换挡策略非线性状态方程,并利用列文伯格-马尔夸特方法对非线性方程进行求
解,完成车辆换挡点的实时优化。此外,本文用遗传算法对目标函数中各个成本
函数的系数进行了优化求解,以提高在线挡位求解算法的优化效果。
(5)仿真验证对比。利用仿真平台,对不同换挡策略车辆循环工况能耗与
电池 SOC 下降进行对比,同时对目标函数中各个成本函数对整车性能的影响进
行分析,验证基于模型预测控制算法的换挡点在线求解方法的有效性。
本文所采用的技术路线如图 1.4 所示。
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第 1 章 绪论
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图 1.4 本文技术路线图
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吉林大学硕士学位论文
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第 2 章 整车模型搭建与挡位速比优化
13
第 2 章 整车模型搭建与挡位速比优化
本章主要内容为搭建整车仿真模型,并以车辆循环工况下最小能耗为目标,
对车辆自动变速器各挡位速比进行了优化。研究换挡策略对于车辆整车经济性、
动力性、驾驶性的影响,首先需要搭建自动变速器换挡策略的验证平台。在实际
过程中,可以采用仿真实验、硬件在环实验和实车实验进行验证,考虑到本文所
具备的实验条件等多方面因素,本文选取了一款搭载了两挡平行轴式自动变速器
的纯电动乘用车作为研究目标,采用仿真实验的方法进行换挡策略效果的验证。
利用仿真实验方法验证,首先需要搭建正确的仿真模型。模型的搭建既要保证能
够反映出车辆运行所表现的各个参数,也需要对一些与需求实验无关的真实参数
进行简化。根据模型搭建的相关的原则,本文针对选取的纯电动汽车,利用 AVL-
Cruise 仿真软件以及 Matlab-Simulink 软件进行整车纵向动力学模型以及挡位控
制模型的搭建。
同时,对电动汽车换挡策略进行研究,首先需要对车辆自动变速器的挡位进
行优化。本文将循环工况下车辆的最小能耗作为优化目标,通过贪心算法,将车
辆各个挡位的不同速比组合所表现的能量消耗参数进行对比,最终选出挡位速比
组合的最优解。同时,为了对比采用减速器直驱的电动汽车与变速器驱动电动汽
车之间的性能差异,本文同样求解了采用减速器直驱的电动汽车最佳减速器速比,
并将其车辆性能与采用自动变速器的电动汽车进行了对比分析。
2.1
整车模型搭建
AVL-Cruise 是由奥地利公司 AVL List GmbH 公司开发的一款用于车辆动力
系统以及传动系统仿真优化的软件。AVL-Cruise 软件中内置了许多车辆部件原
型,包括发动机、变速器、电机等,利用 AVL-Cruise 软件,能够完成车辆的一
维或三维建模、车辆运行工况模拟、车辆运行仿真以及车辆优化。利用 AVL-Cruise
软件能够大大减少车辆的开发成本以及时间成本,因此在例如车辆设计、发动机
调教、混合动力系统优化、排放控制等方面,AVL-Cruise 被广泛利用。同时,AVL-
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