基于駕駛策略優(yōu)化的太陽能電動(dòng)汽車縱向動(dòng)力學(xué)建模與仿真

提出了一種太陽能電動(dòng)汽車的通用模型。對(duì)汽車電氣系統(tǒng)（由402個(gè)單晶硅構(gòu)成6m2的太陽能電池、容量為5kWh的鋰離子電池系統(tǒng)和電機(jī)）和車輛動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行建模。建立的電機(jī)模型為常用的無刷直流電機(jī)，建模的理論為基爾霍夫電壓法和牛頓第二定律。太陽能陣列模型用來計(jì)算單晶硅太陽能電池的電流輸出變化。鋰離子電池系統(tǒng)模型基于放電曲線，給出電壓相對(duì)于電流的變化趨勢(shì)。車輛的縱向動(dòng)力學(xué)建模受到空氣阻力、輪胎滾動(dòng)阻力、車輪軸承摩擦、慣性、坡度阻力等參數(shù)的影響。對(duì)太陽能電動(dòng)汽車長(zhǎng)距離比賽進(jìn)行了仿真。參考世界太陽能汽車挑戰(zhàn)賽，對(duì)賽道進(jìn)行模擬。道路的經(jīng)度、緯度，以及高度數(shù)據(jù)由比賽技術(shù)委員會(huì)在比賽前提供，共設(shè)4250個(gè)點(diǎn)。對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行笛卡爾轉(zhuǎn)換和插值，得到48090個(gè)點(diǎn)，這樣就完成了太陽能電動(dòng)汽車縱向動(dòng)力學(xué)建模。

建模完成后，需要對(duì)太陽能電動(dòng)汽車進(jìn)行策略優(yōu)化。策略優(yōu)化的主要任務(wù)是，確定太陽能電動(dòng)汽車沿著比賽路線巡航的最佳速度曲線，以便更好地進(jìn)行比賽。優(yōu)化過程在比賽時(shí)進(jìn)行，并考慮風(fēng)向、風(fēng)速、太陽輻照度、溫度、交通流量和不可預(yù)知的環(huán)境因素所造成的影響。優(yōu)化目標(biāo)是盡可能地縮短參賽汽車的比賽時(shí)間。所采用的優(yōu)化策略為Big Bang-Big Crunch（BB-BC）優(yōu)化策略。根據(jù)優(yōu)化策略，可以得到速度的優(yōu)化曲線（圖1）。

圖1 速度優(yōu)化曲線

該優(yōu)化策略所獲得的速度結(jié)果，為將來設(shè)計(jì)太陽能電動(dòng)汽車提供了依據(jù)。

刊名：Int.J.Vehicle Design（英）

刊期：2017年第73期

作者：Aykut Ozgun Onol et al

編譯：野晨晨