汽車系統(tǒng)優(yōu)化與最優(yōu)控制

前言
緒論1
第一部分優(yōu)化方法
第1章軌跡優(yōu)化綜述5
1.1引言5
1.2軌跡優(yōu)化問題6
1.3軌跡優(yōu)化數(shù)值方法6
1.4微分方程數(shù)值解7
1.4.1配置方法8
1.4.2函數(shù)積分8
1.5非線性優(yōu)化9
1.6軌跡優(yōu)化問題的求解方法10
1.6.1間接方法10
1.6.2直接方法12
1.7軌跡優(yōu)化問題求解軟件13
1.8方法選擇14
1.9汽車系統(tǒng)應(yīng)用15
1.10結(jié)論15
參考文獻16
第2章汽車標(biāo)定在線極值搜索方法20
2.1引言20
2.2極值搜索綜述22
2.2.1黑箱極值搜索23
2.2.2灰箱極值搜索25
2.2.3抽樣數(shù)據(jù)方法26
2.3汽車發(fā)動機標(biāo)定應(yīng)用26
2.4約束合并30
2.5結(jié)論31
參考文獻31
第3章自動駕駛車輛的模型預(yù)測控制34
3.1引言34
3.2控制和估計問題34
3.2.1非線性模型預(yù)測控制35
3.2.2滾動時域估計35
3.3快速NMPC和MHE的有效算法36
3.3.1動態(tài)優(yōu)化問題在線求解36
3.3.2基于自動代碼生成的快速求解器37
3.4車輛模型37
3.4.1底盤動力學(xué)38
3.4.2輪胎接觸力：Pacejka魔術(shù)公式38
3.4.3車輪動力學(xué)39
3.4.4垂向力和懸架模型39
3.4.5動力學(xué)的空間重構(gòu)40
3.5自動駕駛車輛的控制40
3.5.1MHE描述41
3.5.2NMPC描述41
3.5.3仿真結(jié)果42
3.5.4換檔策略43
3.6結(jié)論44
參考文獻44
第4章HJBE的近似解和內(nèi)燃機優(yōu)控制47
4.1引言47
4.2HJB方程和優(yōu)控制48
4.3動態(tài)值函數(shù)與代數(shù)P解49
4.3.1動態(tài)值函數(shù)定義49
4.3.2一類正則動態(tài)值函數(shù)51
4.3.3擴展成本小化53
4.4內(nèi)燃機試驗臺的優(yōu)控制54
4.5結(jié)論58
參考文獻58
第二部分車輛內(nèi)部和內(nèi)部系統(tǒng)優(yōu)化
第5章基于協(xié)同交通場景確定的智能速度推薦61
5.1引言61
5.2智能速度適應(yīng)系統(tǒng)62
5.3設(shè)計過程62
5.4方法：第一階段63
5.4.1下一個目標(biāo)點和近車輛選擇63
5.4.2車輛密度估計63
5.4.3交通場景確定64
5.5方法：第二階段67
5.5.1虛擬近車輛更新速度67
5.5.2推薦速度方案68
5.5.3推薦距離方案68
5.6驗證69
5.6.1交通場景確定70
5.6.2推薦速度71
5.6.3推薦距離72
5.7結(jié)論73
參考文獻73
第6章應(yīng)用于車道變換的駕駛員控制和軌跡優(yōu)化75
6.1引言75
6.1.1經(jīng)驗工程75
6.1.2車道變換問題76
6.2基于模型的工程環(huán)境客觀評價76
6.2.1駕駛員控制的確定76
6.2.2優(yōu)化問題78
6.2.3離線優(yōu)化結(jié)果79
6.3虛擬樣機環(huán)境的主觀評價81
6.4駕駛模擬器結(jié)果（在線）84
6.5結(jié)論86
參考文獻86
第7章激進車輛機動的實時近似優(yōu)反饋控制87
7.1引言87
7.2超速車輛的激進橫擺機動89
7.2.1問題描述89
7.2.2車輛和輪胎模型90
7.2.3優(yōu)控制描述92
7.3應(yīng)用高斯過程的統(tǒng)計插值94
7.3.1基礎(chǔ)理論94
7.3.2相關(guān)函數(shù)的選擇96
7.4車輛激進機動生成的在線應(yīng)用98
7.4.1反饋控制器的綜合98
7.4.2數(shù)值結(jié)果99
7.5結(jié)論101
參考文獻101
第8章計算優(yōu)控制在車輛動力學(xué)中的應(yīng)用104
8.1引言104
8.2前期優(yōu)化和評估結(jié)果綜述105
8.2.1優(yōu)化算法105
8.2.2車輛模型105
8.2.3優(yōu)化問題描述107
8.2.4優(yōu)化和評估結(jié)果108
8.3主動轉(zhuǎn)向構(gòu)型的詳細優(yōu)化111
8.3.1優(yōu)化算法111
8.3.2主動后輪轉(zhuǎn)向111
8.3.3主動前輪轉(zhuǎn)向114
8.3.4四輪轉(zhuǎn)向114
8.4結(jié)論115
參考文獻116
第9章車輛速度的隨機燃油效率優(yōu)控制117
9.1引言117
9.2SDP策略生成的建模118
9.2.1車輛縱向動力學(xué)118
9.2.2參考車速和道路坡度的隨機模型119
9.2.3成本函數(shù)組成120
9.3隨機動態(tài)規(guī)劃122
9.4仿真案例研究122
9.4.1交通中的駕駛123
9.4.2優(yōu)車輛跟隨125
9.5車輛試驗126
9.6結(jié)論128
參考文獻128
第10章預(yù)測協(xié)同自適應(yīng)巡航控制：燃油消耗效益和可實施性130
10.1引言130
10.2問題描述131
10.3潛力評估132
10.4非線性滾動優(yōu)化134
10.5線性MPC架構(gòu)內(nèi)的近似控制律136
10.6利用辨識的Hammerstein-Wiener模型的近似控制律137
10.7基于數(shù)據(jù)的交通預(yù)測模型139
10.8結(jié)論141
參考文獻142
第三部分動力傳動優(yōu)化
第11章混合動力傳動系統(tǒng)的拓撲優(yōu)化145
11.1引言145
11.1.1協(xié)同設(shè)計方法146
11.1.2問題定義：系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化146
11.1.3本章概述147
11.2控制設(shè)計優(yōu)化：具有舒適性約束的混合動力車輛換檔策略149
11.2.1雙層優(yōu)化：控制問題150
11.2.2仿真結(jié)果：雙層控制設(shè)計154
11.3控制和驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化：混合動力車輛的拓撲、變速器、規(guī)格和控制優(yōu)化155
11.4結(jié)論158
參考文獻158
第12章基于模型的混合動力車輛優(yōu)能量管理策略160
12.1引言160
12.2HEV中的優(yōu)化問題160
12.3案例研究：前置變速器并聯(lián)混合動力161
12.4問題描述163
12.5有限時間范圍的能量管理策略164
12.6無限時間范圍優(yōu)化的動機166
12.7從有限時間范圍到無限時間范圍的優(yōu)控制問題167
12.8無限時間非線性優(yōu)控制策略169
12.9策略比較：仿真結(jié)果172
12.10結(jié)論174
參考文獻174
第13章包含熱動力學(xué)和老化的汽車電池系統(tǒng)優(yōu)能量管理176
13.1引言176
13.2案例研究和動機177
13.3優(yōu)控制問題描述178
13.3.1動力傳動建模179
13.3.2電池建模180
13.3.3電池老化建模181
13.4優(yōu)控制問題求解 183
13.4.1動態(tài)規(guī)劃183
13.4.2PMP183
13.5優(yōu)控制問題結(jié)果184
13.5.1動態(tài)規(guī)劃結(jié)果184
13.5.2PMP結(jié)果187
13.6結(jié)論188
參考文獻189
第14章具有余熱回收系統(tǒng)的柴油發(fā)動機優(yōu)控制190
14.1引言190
14.2系統(tǒng)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優(yōu)控制方法194
14.3.2優(yōu)IPC策略195
14.3.3實時IPC策略195
14.3.4基準策略196
14.4控制設(shè)計196
14.4.1優(yōu)IPC策略197
14.4.2實時IPC策略198
14.5仿真結(jié)果198
14.5.1動力傳動總體結(jié)果199
14.5.2冷循環(huán)結(jié)果199
14.6結(jié)論202
參考文獻203
第四部分發(fā)動機運行優(yōu)化
第15章基于學(xué)習(xí)的發(fā)動機映射和標(biāo)定優(yōu)化方法207
15.1引言207
15.2數(shù)學(xué)問題表示208
15.3基于Jacobi矩陣學(xué)習(xí)的優(yōu)化算法209
15.4案例研究1：發(fā)動機映射的應(yīng)用211
15.5案例研究2：串聯(lián)HEV的車載燃料消耗優(yōu)化213
15.6預(yù)測－校正算法215
15.7案例研究2（續(xù)）：串聯(lián)HEV的車載燃料消耗優(yōu)化216
15.8結(jié)論218
參考文獻218
第16章相關(guān)輸出范圍的在線試驗設(shè)計220
16.1引言220
16.2先進的開發(fā)方法221
16.3COR設(shè)計的數(shù)學(xué)背景224
16.3.1局部模型架構(gòu)224
16.3.2先進設(shè)計225
16.3.3在線過程225
16.4設(shè)計策略226
16.4.1乘積空間的距離準則226
16.4.2自定義輸出區(qū)域227
16.4.3iDoE策略227
16.5應(yīng)用COR設(shè)計的改進開發(fā)方法228
16.6進一步改進229
16.7結(jié)論233
參考文獻233
第17章HCCI的優(yōu)控制234
17.1引言234
17.2HCCI的優(yōu)控制設(shè)計235
17.2.1HCCI的多輸出MPC235
17.2.2基于物理的HCCI燃燒定時MPC235
17.2.3排氣再壓縮HCCI的混合MPC237
17.2.4應(yīng)用極值搜索的HCCI的優(yōu)化增益和燃料消耗238
17.5結(jié)論240
參考文獻240
第18章考慮發(fā)動機和渦輪限制的輪式裝載機優(yōu)舉升和路徑241
18.1引言241
18.2系統(tǒng)模型246
18.2.1動力傳動和縱向動力學(xué)247
18.2.2轉(zhuǎn)向和地面位置249
18.2.3舉升系統(tǒng)250
18.3優(yōu)控制問題表示251
18.4結(jié)果253
18.4.1從負載點到負載接收點的WL優(yōu)軌跡253
18.4.2Min Mf和Min T的系統(tǒng)瞬態(tài)254
18.4.3延遲舉升255
18.4.4功率中斷257
18.5結(jié)論259
參考文獻259