汽车系统优化与最优控制

前言

绪论1

**部分优化方法

第1章轨迹优化综述5

1.1引言5

1.2轨迹优化问题6

1.3轨迹优化数值方法6

1.4微分方程数值解7

1.4.1配置方法8

1.4.2函数积分8

1.5非线性优化9

1.6轨迹优化问题的求解方法10

1.6.1间接方法10

1.6.2直接方法12

1.7轨迹优化问题求解软件13

1.8方法选择14

1.9汽车系统应用15

1.10结论15

参考文献16

第2章汽车标定在线极值搜索方法20

2.1引言20

2.2极值搜索综述22

2.2.1黑箱极值搜索23

2.2.2灰箱极值搜索25

2.2.3抽样数据方法26

2.3汽车发动机标定应用26

2.4约束合并30

2.5结论31

参考文献31

第3章自动驾驶车辆的模型预测控制34

3.1引言34

3.2控制和估计问题34

3.2.1非线性模型预测控制35

3.2.2滚动时域估计35

3.3快速NMPC和MHE的有效算法36

3.3.1动态优化问题在线求解36

3.3.2基于自动代码生成的快速求解器37

3.4车辆模型37

3.4.1底盘动力学38

3.4.2轮胎接触力：Pacejka魔术公式38

3.4.3车轮动力学39

3.4.4垂向力和悬架模型39

3.4.5动力学的空间重构40

3.5自动驾驶车辆的控制40

3.5.1MHE描述41

3.5.2NMPC描述41

3.5.3仿真结果42

3.5.4换档策略43

3.6结论44

参考文献44

第4章HJBE的近似解和内燃机优控制47

4.1引言47

4.2HJB方程和优控制48

4.3动态值函数与代数P解49

4.3.1动态值函数定义49

4.3.2一类正则动态值函数51

4.3.3扩展成本小化53

4.4内燃机试验台的优控制54

4.5结论58

参考文献58

第二部分车辆内部和内部系统优化

第5章基于协同交通场景确定的智能速度推荐61

5.1引言61

5.2智能速度适应系统62

5.3设计过程62

5.4方法：**阶段63

5.4.1下一个目标点和近车辆选择63

5.4.2车辆密度估计63

5.4.3交通场景确定64

5.5方法：第二阶段67

5.5.1虚拟近车辆更新速度67

5.5.2推荐速度方案68

5.5.3推荐距离方案68

5.6验证69

5.6.1交通场景确定70

5.6.2推荐速度71

5.6.3推荐距离72

5.7结论73

参考文献73

第6章应用于车道变换的驾驶员控制和轨迹优化75

6.1引言75

6.1.1经验工程75

6.1.2车道变换问题76

6.2基于模型的工程环境客观评价76

6.2.1驾驶员控制的确定76

6.2.2优化问题78

6.2.3离线优化结果79

6.3虚拟样机环境的主观评价81

6.4驾驶模拟器结果（在线）84

6.5结论86

参考文献86

第7章激进车辆机动的实时近似优反馈控制87

7.1引言87

7.2超速车辆的激进横摆机动89

7.2.1问题描述89

7.2.2车辆和轮胎模型90

7.2.3优控制描述92

7.3应用高斯过程的统计插值94

7.3.1基础理论94

7.3.2相关函数的选择96

7.4车辆激进机动生成的在线应用98

7.4.1反馈控制器的综合98

7.4.2数值结果99

7.5结论101

参考文献101

第8章计算优控制在车辆动力学中的应用104

8.1引言104

8.2前期优化和评估结果综述105

8.2.1优化算法105

8.2.2车辆模型105

8.2.3优化问题描述107

8.2.4优化和评估结果108

8.3主动转向构型的详细优化111

8.3.1优化算法111

8.3.2主动后轮转向111

8.3.3主动前轮转向114

8.3.4四轮转向114

8.4结论115

参考文献116

第9章车辆速度的随机燃油效率优控制117

9.1引言117

9.2SDP策略生成的建模118

9.2.1车辆纵向动力学118

9.2.2参考车速和道路坡度的随机模型119

9.2.3成本函数组成120

9.3随机动态规划122

9.4仿真案例研究122

9.4.1交通中的驾驶123

9.4.2优车辆跟随125

9.5车辆试验126

9.6结论128

参考文献128

第10章预测协同自适应巡航控制：燃油消耗效益和可实施性130

10.1引言130

10.2问题描述131

10.3潜力评估132

10.4非线性滚动优化134

10.5线性MPC架构内的近似控制律136

10.6利用辨识的Hammerstein-Wiener模型的近似控制律137

10.7基于数据的交通预测模型139

10.8结论141

参考文献142

第三部分动力传动优化

第11章混合动力传动系统的拓扑优化145

11.1引言145

11.1.1协同设计方法146

11.1.2问题定义：系统设计优化146

11.1.3本章概述147

11.2控制设计优化：具有舒适性约束的混合动力车辆换档策略149

11.2.1双层优化：控制问题150

11.2.2仿真结果：双层控制设计154

11.3控制和驱动系统设计优化：混合动力车辆的拓扑、变速器、规格和控制优化155

11.4结论158

参考文献158

第12章基于模型的混合动力车辆优能量管理策略160

12.1引言160

12.2HEV中的优化问题160

12.3案例研究：前置变速器并联混合动力161

12.4问题描述163

12.5有限时间范围的能量管理策略164

12.6无限时间范围优化的动机166

12.7从有限时间范围到无限时间范围的优控制问题167

12.8无限时间非线性优控制策略169

12.9策略比较：仿真结果172

12.10结论174

参考文献174

第13章包含热动力学和老化的汽车电池系统优能量管理176

13.1引言176

13.2案例研究和动机177

13.3优控制问题描述178

13.3.1动力传动建模179

13.3.2电池建模180

13.3.3电池老化建模181

13.4优控制问题求解 183

13.4.1动态规划183

13.4.2PMP183

13.5优控制问题结果184

13.5.1动态规划结果184

13.5.2PMP结果187

13.6结论188

参考文献189

第14章具有余热回收系统的柴油发动机优控制190

14.1引言190

14.2系统描述191

14.2.1仿真模型192

14.2.2控制模型193

14.3控制策略193

14.3.1IPC优控制方法194

14.3.2优IPC策略195

14.3.3实时IPC策略195

14.3.4基准策略196

14.4控制设计196

14.4.1优IPC策略197

14.4.2实时IPC策略198

14.5仿真结果198

14.5.1动力传动总体结果199

14.5.2冷循环结果199

14.6结论202

参考文献203

第四部分发动机运行优化

第15章基于学习的发动机映射和标定优化方法207

15.1引言207

15.2数学问题表示208

15.3基于Jacobi矩阵学习的优化算法209

15.4案例研究1：发动机映射的应用211

15.5案例研究2：串联HEV的车载燃料消耗优化213

15.6预测－校正算法215

15.7案例研究2（续）：串联HEV的车载燃料消耗优化216

15.8结论218

参考文献218

第16章相关输出范围的在线试验设计220

16.1引言220

16.2先进的开发方法221

16.3COR设计的数学背景224

16.3.1局部模型架构224

16.3.2先进设计225

16.3.3在线过程225

16.4设计策略226

16.4.1乘积空间的距离准则226

16.4.2自定义输出区域227

16.4.3iDoE策略227

16.5应用COR设计的改进开发方法228

16.6进一步改进229

16.7结论233

参考文献233

第17章HCCI的优控制234

17.1引言234

17.2HCCI的优控制设计235

17.2.1HCCI的多输出MPC235

17.2.2基于物理的HCCI燃烧定时MPC235

17.2.3排气再压缩HCCI的混合MPC237

17.2.4应用极值搜索的HCCI的优化增益和燃料消耗238

17.5结论240

参考文献240

第18章考虑发动机和涡轮限制的轮式装载机优举升和路径241

18.1引言241

18.2系统模型246

18.2.1动力传动和纵向动力学247

18.2.2转向和地面位置249

18.2.3举升系统250

18.3优控制问题表示251

18.4结果253

18.4.1从负载点到负载接收点的WL优轨迹253

18.4.2Min Mf和Min T的系统瞬态254

18.4.3延迟举升255

18.4.4功率中断257

18.5结论259

参考文献259