智能车辆坡路经济巡航切换控制机理和模型研究

Making full use of the front road grade information to achieve best energy efficiency is important for intelligent vehicles. Eco driving technology with road grade ahead has a broad market prospect. Most onboard technologies are based on engineering experience, which need theoretical support. Existing research focuses on expressing engine’s no liner characteristic, pay too much attention to continuous feedback control on traction control. Switching between traction and brake has been ignored. During mountainous terrain, in order to balance energy source between engine and road slope, switching control between traction and brake is the key point. This project is based on optimal control theory, comprehensive objective function which contains traction and brake control will be built, normal control range will be broadened. Analytical switching control laws which express the mechanism of best fuel efficiency cruise will be built. Rules for road design and driving experience will be used to accelerate numerical calculation. This research will offer theoretical foundation for Eco cruise control, also make onboard control more precise and efficiency.

坡路经济巡航是当下智能车辆研究的热点，具有较为广阔的市场应用前景。应用于实车的控制多是基于经验的规则判断，需要理论研究的支持和完善。现有的理论模型强调发动机非线性对经济巡航的影响，过于关注驱动的连续控制过程，忽略了驱动和制动控制转换问题。在复杂地形即坡度曲线非线性特征较强的工况下，驱动及制动状态的合理转换，合理分配发动机及道路坡度做功应该是控制的重点。本项目以驱动和制动工况联合建模为突破口，拓宽传统解析方法的控制区间，根据最优控制理论，研究驱动及制动整个控制域内的坡路经济巡航问题。揭示和建立适用于连续变化坡路场景的经济巡航控制机理，求解坡路巡航驱动/制动切换控解析控制律，并运用道路线型设计规律和驾驶经验提高坡路经济巡航控制算法的求解效率。本研究能够弥补现有成果依赖经验算法、机理不明晰以及计算量大的缺点，为坡路节能辅助驾驶产品的研发提供坚实的理论支撑和高效精准的控制方法。

本项目对坡路经济巡航问题开展了深入细致的研究，分别构建的基于嵌套树搜索算法和基于极值原理的坡路经济车速求解算法。.首先利用嵌套树搜索算法（NMCS）构建了经济车速求解算法。将坡路经济巡航问题表达为一个马尔可夫决策过程（MDP），对阶段、状态及决策收益等概念进行了划分。利用马尔科夫过程进行子状态的选择及模拟，进而计算模拟链的收益值并提取收益值最高的模拟链。随着阶段的推进逐级输出优化结果，即最优车速曲线。该算法具备计算效率高但不需要大量存储空间的优势，可以为节能驾驶辅助产品的研发提供新思路，为坡路经济巡航问题提供新的解决方案。.基于极值原理的坡路经济巡航控制方法以驱动和制动工况联合建模为突破口，拓宽传统解析方法的控制区间，根据最优控制理论，研究驱动及制动整个控制域内的坡路经济巡航问题。揭示和建立适用于连续变化坡路场景的经济巡航控制机理，求解路巡航驱动/制动切换控解析控制率，并运用道路线型设计规律和驾驶经验提高坡路经济巡航控制算法的求解效率。本研究能够弥补现有成果依赖经验算法、机理不明晰以及计算量大的缺点，为坡度节能辅助驾驶产品的研发提供坚实的理论支撑和高效精准的控制方法。