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混杂模型框架下汽车动力传动系统优化控制研究

霍永强  
【摘要】:近年来,国内汽车使用量迅速增加,所带来的主要问题,一个是能源问题,另一个是汽车的使用产生的环境问题。因此,为了高效的利用燃料以及尽量减少燃料产生的有害气体,目前除了考虑新的能源部分或全部取代化石类燃料外,更为实际的是从控制方向着手,通过改进控制策略或者采用先进的控制手段来有效的提高燃料的利用率和降低燃烧废气的排放量。 将性能更好的控制策略应用于汽车,首先要对控制对象有一个精确的模型描述。汽车的核心部件是动力传动系统,它是汽车耗能和废气排放的主要部分,如果能够建立合理描述这部分系统内部相互作用规律的模型并实施有效控制,必然能够达到更好的节能减排的目的。因此,本文主要研究的是如何构建汽车动力传动系统模型并将优化控制理论应用于该模型,使汽车充分发挥其整体性能,实现节能减排。具体取得了如下研究成果: (1)汽车动力传动系统是一个复杂的非线性系统,包含动力系的连续特性和传动系的离散特性,整个系统具有混杂特性(同时包含连续量和离散量,并且两者相互作用),使用混杂模型能够更合理的描述这一部分。因此,本文参考相关文献首先分三部分建立汽车动力系、传动系和行驶系子模型;然后通过传动系将动力系和行驶系关联起来并使用DAE描述特定挡位下的子系统各部分间的相互作用关系;最后根据汽车具体行驶状况定义了挡位切换序列并给出了不同挡位下子系统切换图,DAE和子系统切换图共同构成了汽车动力传动系统混杂模型。 (2)汽车在不同行驶状况下的换挡和节气门控制策略有很大不同,因此本文在构建混杂模型后,设计了两个优化控制命题。一个是汽车加速优化问题,即考虑汽车在平直路面上从起步到加速到一定速度过程中的最优换挡时间和最优节气门控制规律;另一个是汽车跟踪优化问题,即在平直路面上汽车由初始距离跟踪前车直至最短距离(安全距离)并且达到前车车速过程中的最优换挡时间和节气门控制规律。 (3)构建优化命题后,为了求解高效,本文将联立求解方法应用于优化命题的求解,并对优化结果进行了合理的物理分析与比较。


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