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

文献综述

为了形成一个稳定的卡车排，许多

研究人员研究了该排的控制方法。

基于自适应巡航控制（ACC）[8,9]和协同控制

自适应巡航控制（CACC）[10]，MutluŞentürk等人。

提出了一种适用于汽车排驶的控制方法

轻型商用车。该方法结合了ACC和CACC的优点[3]。Mahnam Saeednia和Monica

Menendez提出了一种基于一致性的卡车调度算法

排该算法使卡车能够形成稳定的

初始车辆间距较大时的排[4]。圣波

Eben Li和Feng Gao等人提出了一种新的强大车辆

实现纵向动力学加速度跟踪控制

排级自动化。基于多模态

开关结构，本设计划分了较大的不确定性

将车辆动力学转化为小的不确定性，因此

为多模态组开发多个鲁棒控制器。

实验结果表明，加速度跟踪效果良好

[11]. 罗马尼亚学者Maxim等人提出了一种控制方法

一种基于分布式模型预测的数据挖掘方法

排在保持稳定的同时，跟随期望的轨迹

恒定车辆间距[12]。

随着控制方法的日益成熟，许多

研究人员进行了实车实验。

Christophe Bonnet等人的实验结果表明

较小的车辆间距将导致显著减少

空气阻力系数。当车速为80 km/h时

车辆间距为10米，后部的节油率

车辆为21%[13]。Richard Ramakers等人在德国公路上成功地实施了一项安全性接近1000公里的道路试验，车辆间距为10米，共有四辆车

公路每辆车的平均节油率可达到

大约10%[14]。在实验中，Fred Browan等人设置了

车辆间距为3米、4米、6米、8米和10米。测试

结果表明，车辆间距越小越好

排的燃油经济性[15]。阿萨德·阿拉姆等人

一个两辆车的排以最高法定速度在公路上行驶

瑞典公路，最小车辆间距为1.2 m

没有碰撞[16]。

上述研究者大多采用传统的研究方法

恒定间距策略（CSP），用于控制

卡车排。与传统的CSP相比，车辆间距

车辆速度最终是固定的，这意味着

排进入稳定状态阶段。所经历的时期

由排开始到其稳态阶段称为

动态阶段。车速和车辆间距

在动态阶段不断变化。相符合的

通过以上实车试验，得出了实车间距在

稳态阶段正在变小。这是非常重要的

对提高排的燃油经济性具有重要意义。

传统的CSP选择所需的车辆间距作为

当排开始时，控制排的目标，这

确定了动态阶段和动态阶段的控制目标

稳态相位相同。为了使车辆

在稳态阶段间距变小，以提高燃油效率

经济的排，传统的CSP将选择

较小的期望车辆间距作为控制目标。

然而，仿真结果表明，较小的控制。

target无法使动态阶段更省油。

因此，传统的顾客服务提供商（CSP）无法实现动态阶段

在选择更小的发动机的情况下，燃油效率更高

控制目标，从而不能最大限度地节省燃料率

排的一员。为了最大化节油率

在稳态阶段的车辆间距

应该更小，动态相位应该更大

省油。

本文在传统的顾客服务提供商（CSP）的基础上，对顾客服务提供商（CSP）进行了研究

不同控制目标对油耗的影响

在动态阶段中，找到使动态阶段的燃油消耗最小化的控制目标A。基于

由此，提出了一种新的控制策略。为了

最大化排的燃油节省率，新的控制

策略要求控制目标处于动态阶段

被选为A，而控制目标为稳态

相位选择为较小的期望车辆间距。

当卡车排被长途运输或

通过市区，将有多个起点和终点

排中的现象，这意味着排将

经历多个动态阶段。因此，燃料

动态阶段的经济研究具有重要意义

当卡车排在未来被广泛使用时。新的

控制策略有助于燃油经济性的研究

处于动态阶段；

本文的结构如下。纵向

卡车动力学模型和燃油消耗模型

第2节将介绍发动机的性能。设计思想

控制器和控制方法见第3节。

在第4节中，在MATLAB/Simulink中进行了联合仿真

并对仿真结果进行了讨论

详细地最后，第5节将得出结论。

Vehicle Model

在本文中，排中的每辆车都是同质的，

以下车辆的控制器相同。下一个

卡车和燃油的纵向动力学模型

建立了发动机的消耗模型

卡车的动态特性非常复杂，

已经建立了许多高自由度动力学模型

用于描述卡车的实际运行状态

更准确地说。但这不利于设计和施工

控制系统的研究。出于研究目的，此

本文仅考虑卡车的纵向动力学

Control Structure

控制器设计的主要目的是保持

以下车辆的期望车辆间距，以及

最小化稳态距离误差。当领导

车辆以恒定速度行驶时，车辆的误差

间距不应过大。当领先的车辆

加速或减速时，间距误差将增大或减小

由于下列车辆的反应时间减少

排。在这种情况下，控制器应能够确保

确保车辆不会碰撞

当选择不同的期望车辆间距作为

控制目标，控制器能使卡车形成稳定的工作状态

排在本文中，控制器采用分层控制。

上层控制器基于模糊控制。输入是

车辆的速度误差和跟车距离误差

受控车辆，输出为所需加速度。

下部控制器用于调节节气门开度和开度

车辆的制动力。输入为上层控制器计算的期望加速度，输出为

节气门开度或制动分泵压力。调整

节气门开度和轮缸压力基于

关于PID算法。给出了控制器的结构

如图4所示。

Determine the fuzzy subset of input and output variables:

确定输入和输出变量的模糊子集：

The Lower Controller

下部控制器用于调节节气门开度和开度

车辆的制动力。输入为上层控制器计算的期望加速度，输出为

节气门开度T或制动分泵压力P

下部控制器需要计算所需的节气门开度

ith的Tdes和所需制动缸压力Pdes

车辆，根据ades，i

. 调节节气门开度和节气门开度

轮缸压力基于PID算法。

当控制第i辆车的加速度时

节气门开度T等于所需的节气门开度Tdes

加上PID控制器的输出。此时

PID控制器是ades和i之间的区别

和a。如图所示

在等式11中。

开始计算

要除以二

基于上述方法，下层控制器可以

确定发动机的节气门开度和制动缸压力

根据实际情况跟车。它应该

请注意，当下列车辆需要减速时，

应首先考虑空气阻力减速，以及

然后应考虑气压制动。

Simulation

本文中的仿真是在该环境下进行的

MATLAB/Simulink和TruckSim。模拟排

由三辆卡车组成，模拟道路采用

直道。下列规定如下：

卡车排：

1.排中的每辆车都是同质的。

2.后续车辆的启动车辆间距

是平等的。

3.以下车辆的所需车辆间距

是平等的。

稳态阶段的车辆间距越小

排的节油效果更好[15,20]。为了

在稳态阶段使车辆间距变小，并且

提高排的节油率，传统的

CSP将选择较小的期望车辆间距作为

当排开始时控制目标，使稳态阶段和动态阶段的控制目标相同。由于动态阶段是一个不稳定的阶段，不同的控制目标必然会影响动态阶段的油耗。因此，传统的

CSP可能无法使动态阶段更具燃料

在选择较小控件的条件下有效

目标为了验证这一观点，本节首先

研究了不同控制目标对燃料的影响

消费处于动态阶段。结论是：

动态阶段的燃油消耗量首先随时间而降低

控制目标的减少，然后随着时间的推移而增加

控制目标的进一步降低。同时，控制目标是使动态系统中的油耗最小化

相位被发现。为了最大限度地节省燃油

动态阶段的控制目标是排

根据新的控制策略，选择A，同时

稳态阶段的控制目标选择为：

较小的期望车辆间距。最后，节省燃料

分析了新控制策略和传统CSP的效果

通过仿真比较。

Simulation Results and Discussion

仿真结果与讨论

首先，有必要研究不同控制的影响。

动态阶段的燃油消耗目标。对于

领先车辆，所需速度曲线如图所示

10，这将使领先的车辆速度达到80 km/h

比较快。领先车辆的速度控制为：

由TruckSim的驾驶模型完成，速度

其他车辆的控制由控制器完成。

使用TruckSim的换档策略执行换档控制。