Research on Control Target of Truck Platoon Based on Maximizing Fuel Saving Rate(WU JIANJUN)

文獻綜述

為了形成一個穩定的卡車排，許多

研究人員研究了該排的控制方法。

基于自适應巡航控制（ACC）[8,9]和協同控制

自适應巡航控制（CACC）[10]，MutluŞentürk等人。

提出了一種适用于汽車排駛的控制方法

輕型商用車。該方法結合了ACC和CACC的優點[3]。Mahnam Saeednia和Monica

Menendez提出了一種基于一緻性的卡車排程算法

排該算法使卡車能夠形成穩定的

初始車輛間距較大時的排[4]。聖波

Eben Li和Feng Gao等人提出了一種新的強大車輛

實作縱向動力學加速度跟蹤控制

排級自動化。基于多模态

開關結構，本設計劃分了較大的不确定性

将車輛動力學轉化為小的不确定性，是以

為多模态組開發多個魯棒控制器。

實驗結果表明，加速度跟蹤效果良好

[11]. 羅馬尼亞學者Maxim等人提出了一種控制方法

一種基于分布式模型預測的資料挖掘方法

排在保持穩定的同時，跟随期望的軌迹

恒定車輛間距[12]。

随着控制方法的日益成熟，許多

研究人員進行了實車實驗。

Christophe Bonnet等人的實驗結果表明

較小的車輛間距将導緻顯著減少

空氣阻力系數。當車速為80 km/h時

車輛間距為10米，後部的節油率

車輛為21%[13]。Richard Ramakers等人在德國公路上成功地實施了一項安全性接近1000公裡的道路試驗，車輛間距為10米，共有四輛車

公路每輛車的平均節油率可達到

大約10%[14]。在實驗中，Fred Browan等人設定了

車輛間距為3米、4米、6米、8米和10米。測試

結果表明，車輛間距越小越好

排的燃油經濟性[15]。阿薩德·阿拉姆等人

一個兩輛車的排以最高法定速度在公路上行駛

瑞典公路，最小車輛間距為1.2 m

沒有碰撞[16]。

上述研究者大多采用傳統的研究方法

恒定間距政策（CSP），用于控制

卡車排。與傳統的CSP相比，車輛間距

車輛速度最終是固定的，這意味着

排進入穩定狀态階段。所經曆的時期

由排開始到其穩态階段稱為

動态階段。車速和車輛間距

在動态階段不斷變化。相符合的

通過以上實車試驗，得出了實工廠中的房間距在

穩态階段正在變小。這是非常重要的

對提高排的燃油經濟性具有重要意義。

傳統的CSP選擇所需的車輛間距作為

當排開始時，控制排的目标，這

确定了動态階段和動态階段的控制目标

穩态相位相同。為了使車輛

在穩态階段間距變小，以提高燃油效率

經濟的排，傳統的CSP将選擇

較小的期望車輛間距作為控制目标。

然而，仿真結果表明，較小的控制。

target無法使動态階段更省油。

是以，傳統的顧客服務提供商（CSP）無法實作動态階段

在選擇更小的發動機的情況下，燃油效率更高

控制目标，進而不能最大限度地節省燃料率

排的一員。為了最大化節油率

在穩态階段的車輛間距

應該更小，動态相位應該更大

省油。

本文在傳統的顧客服務提供商（CSP）的基礎上，對顧客服務提供商（CSP）進行了研究

不同控制目标對油耗的影響

在動态階段中，找到使動态階段的燃油消耗最小化的控制目标A。基于

由此，提出了一種新的控制政策。為了

最大化排的燃油節省率，新的控制

政策要求控制目标處于動态階段

被選為A，而控制目标為穩态

相位選擇為較小的期望車輛間距。

當卡車排被長途運輸或

通過市區，将有多個起點和終點

排中的現象，這意味着排将

經曆多個動态階段。是以，燃料

動态階段的經濟研究具有重要意義

當卡車排在未來被廣泛使用時。新的

控制政策有助于燃油經濟性的研究

處于動态階段；

本文的結構如下。縱向

卡車動力學模型和燃油消耗模型

第2節将介紹發動機的性能。設計思想

控制器和控制方法見第3節。

在第4節中，在MATLAB/Simulink中進行了聯合仿真

并對仿真結果進行了讨論

詳細地最後，第5節将得出結論。

Vehicle Model

在本文中，排中的每輛車都是同質的，

以下車輛的控制器相同。下一個

卡車和燃油的縱向動力學模型

建立了發動機的消耗模型

卡車的動态特性非常複雜，

已經建立了許多高自由度動力學模型

用于描述卡車的實際運作狀态

更準确地說。但這不利于設計和施工

控制系統的研究。出于研究目的，此

本文僅考慮卡車的縱向動力學

Control Structure

控制器設計的主要目的是保持

以下車輛的期望車輛間距，以及

最小化穩态距離誤差。當上司

車輛以恒定速度行駛時，車輛的誤差

間距不應過大。當領先的車輛

加速或減速時，間距誤差将增大或減小

由于下列車輛的反應時間減少

排。在這種情況下，控制器應能夠確定

確定車輛不會碰撞

當選擇不同的期望車輛間距作為

控制目标，控制器能使卡車形成穩定的工作狀态

排在本文中，控制器采用分層控制。

上層控制器基于模糊控制。輸入是

車輛的速度誤差和跟車距離誤差

受控車輛，輸出為所需加速度。

下部控制器用于調節節氣門開度和開度

車輛的制動力。輸入為上層控制器計算的期望加速度，輸出為

節氣門開度或制動分泵壓力。調整

節氣門開度和輪缸壓力基于

關于PID算法。給出了控制器的結構

如圖4所示。

Determine the fuzzy subset of input and output variables:

确定輸入和輸出變量的模糊子集：

The Lower Controller

下部控制器用于調節節氣門開度和開度

車輛的制動力。輸入為上層控制器計算的期望加速度，輸出為

節氣門開度T或制動分泵壓力P

下部控制器需要計算所需的節氣門開度

ith的Tdes和所需制動缸壓力Pdes

車輛，根據ades，i

. 調節節氣門開度和節氣門開度

輪缸壓力基于PID算法。

當控制第i輛車的加速度時

節氣門開度T等于所需的節氣門開度Tdes

加上PID控制器的輸出。此時

PID控制器是ades和i之間的差別

和a。如圖所示

在等式11中。

開始計算

要除以二

基于上述方法，下層控制器可以

确定發動機的節氣門開度和制動缸壓力

根據實際情況跟車。它應該

請注意，當下列車輛需要減速時，

應首先考慮空氣阻力減速，以及

然後應考慮氣壓制動。

Simulation

本文中的仿真是在該環境下進行的

MATLAB/Simulink和TruckSim。模拟排

由三輛卡車組成，模拟道路采用

直道。下列規定如下：

卡車排：

1.排中的每輛車都是同質的。

2.後續車輛的啟動車輛間距

是平等的。

3.以下車輛的所需車輛間距

是平等的。

穩态階段的車輛間距越小

排的節油效果更好[15,20]。為了

在穩态階段使車輛間距變小，并且

提高排的節油率，傳統的

CSP将選擇較小的期望車輛間距作為

當排開始時控制目标，使穩态階段和動态階段的控制目标相同。由于動态階段是一個不穩定的階段，不同的控制目标必然會影響動态階段的油耗。是以，傳統的

CSP可能無法使動态階段更具燃料

在選擇較小控件的條件下有效

目标為了驗證這一觀點，本節首先

研究了不同控制目标對燃料的影響

消費處于動态階段。結論是：

動态階段的燃油消耗量首先随時間而降低

控制目标的減少，然後随着時間的推移而增加

控制目标的進一步降低。同時，控制目标是使動态系統中的油耗最小化

相位被發現。為了最大限度地節省燃油

動态階段的控制目标是排

根據新的控制政策，選擇A，同時

穩态階段的控制目标選擇為：

較小的期望車輛間距。最後，節省燃料

分析了新控制政策和傳統CSP的效果

通過仿真比較。

Simulation Results and Discussion

仿真結果與讨論

首先，有必要研究不同控制的影響。

動态階段的燃油消耗目标。對于

領先車輛，所需速度曲線如圖所示

10，這将使領先的車輛速度達到80 km/h

比較快。領先車輛的速度控制為：

由TruckSim的駕駛模型完成，速度

其他車輛的控制由控制器完成。

使用TruckSim的換檔政策執行換檔控制。