摘 要：隨著環(huán)保需求的增加和新能源技術的發(fā)展，新能源專用車輛在我國得到了廣泛應用。但是，新能源專用車輛的速度控制策略仍存在研究空白。本文選取新能源專用車輛為研究對象，研究其速度監(jiān)控策略，首先，根據車輛的動力學模型和駕駛行為模型建立了車速預測模型；然后，設計了一種新的速度控制策略，該策略采用了混合反饋-前饋控制結構，并結合模型預測控制和滑?？刂频榷喾N控制方法；最后，在各種典型的駕駛工況下進行了仿真驗證。研究結果表明，新的速度控制策略可以有效地改善車輛的速度跟蹤性能和能源利用效率，同時還能保證駕駛者的舒適性。該研究為新能源專用車輛的研發(fā)和應用，特別是其控制策略的選擇和優(yōu)化提供了重要的參考。

關鍵詞：新能源專用車輛 速度監(jiān)控策略 混合反饋-前饋控制結構

0 引言

隨著環(huán)保需求的不斷提高和新能源技術的快速發(fā)展，新能源專用車輛逐漸在我國得到了廣泛應用。特別是對于新能源專用車輛而言，速度控制策略非常重要，這一點在很多研究中也得到了證實。然而，由于技術的復雜性和多樣性，目前在新能源專用車輛的速度控制策略方面，仍存在大量的研究空白。而填補這一研究空白對于我國的新能源汽車產業(yè)的發(fā)展具有重大意義。考慮到上述問題，本研究選取新能源專用車輛作為研究對象，研究其速度監(jiān)控策略。通過建立動力學模型和駕駛行為模型，我們成功構建了車速預測模型。然后，通過設計混合反饋-前饋控制結構，并結合模型預測控制和滑?？刂频榷喾N控制方法，我們成功設計出一種新的速度控制策略。最后，我們在各種典型的駕駛工況下對這種新的速度控制策略進行了仿真驗證。本研究旨在通過研究新能源專用車輛的速度控制策略，提高車輛的速度跟蹤性能和能源利用效率，以滿足駕駛者的舒適性需求，為我國新能源汽車事業(yè)的發(fā)展提供重要參考。

1 新能源專用車輛的現狀和優(yōu)勢

1.1 新能源專用車輛的應用現狀

近年來，新能源專用車輛在全球范圍內的普及，特別是在中國，得益于環(huán)保意識的增強與新能源技術的飛躍。政府政策的大力扶持，如財政補貼、稅收優(yōu)惠等，極大地推動了新能源車輛市場的發(fā)展。從物流配送到公共交通，再到環(huán)衛(wèi)作業(yè)，新能源車輛以其低排放、低噪音、高能效等優(yōu)勢，成為行業(yè)新寵。它們不僅有效減輕了城市污染，還通過智能化管理提升了運營效率。展望未來，隨著新能源技術的持續(xù)進步和充電設施的日益完善，新能源專用車輛將在更多領域綻放光彩，如機場服務、市政工程及現代農業(yè)等，進一步促進經濟綠色轉型，實現可持續(xù)發(fā)展目標。

1.2 新能源專用車輛的技術優(yōu)勢

新能源專用車輛之所以能迅速占領市場，其深厚的技術底蘊功不可沒。電動驅動系統(tǒng)的應用，標志著能源利用的新紀元，其高效轉換、低排放及靜音運行，是對傳統(tǒng)內燃機車輛的全面超越。在充電技術革新上，快速充電與無接觸充電的突破，徹底打破了續(xù)航焦慮，讓新能源車輛的使用更加自如。儲能技術的飛躍，特別是鋰離子電池與燃料電池的突破，為車輛提供了更長久的動力源泉，增強了實用性。

車輛控制系統(tǒng)的智能化升級，依托先進的ECU與分布式控制架構，實現了動力分配、電池狀態(tài)監(jiān)控及能量回收的精細化管理，確保了車輛性能的穩(wěn)定與高效。而輔助駕駛系統(tǒng)的智能化融入，通過高精度傳感器與自動駕駛技術的加持，不僅提升了行駛安全性，還極大增強了駕駛的便捷與舒適。這些技術優(yōu)勢的匯聚，共同鑄就了新能源專用車輛在環(huán)保、能效、安全及用戶體驗上的全面領先，為其市場普及鋪就了堅實的道路。

1.3 新能源專用車輛的速度控制問題概述

新能源專用車輛在速度控制方面面臨諸多挑戰(zhàn)，包括車輛動力系統(tǒng)響應較慢、電池管理復雜等問題。不同駕駛條件下的車輛速度波動以及駕駛者行為的不確定性增加了控制難度。現有的速度控制技術在優(yōu)化能源效率和保持車輛速度平穩(wěn)性方面仍有不足，亟需更先進且高效的控制算法來提升車輛運行性能和能源利用效率。研究先進的速度控制策略對于改善車輛性能和推動新能源車輛的發(fā)展具有重要意義。

2 新能源專用車輛速度監(jiān)控的理論基礎

為了有效地制定新能源專用車輛的速度監(jiān)控策略，研究其理論基礎十分必要。這一過程中需要深入探討車輛動力學模型、駕駛行為模型以及多種控制方法的基本原理及其相互關系。這些理論基礎不僅僅是速度控制策略設計的依據，還為實際應用中的問題分析和解決提供了科學指導。

2.1 車輛動力學模型

車輛動力學模型是速度控制策略研究的重要基礎之一。車輛的動力學模型主要包括傳動系統(tǒng)模型、車體運動學模型和輪胎力學模型。其中，傳動系統(tǒng)模型描述了發(fā)動機、電動機等動力源與車輪之間的能量傳遞機制?？紤]新能源專用車輛的特殊性，其傳動系統(tǒng)應包含電動機的特性描述，如電動機的轉矩-轉速特性和效率曲線。

車體運動學模型關注車輛的縱向、橫向及垂向運動，主要通過平衡車輛的動力與外力以實現運動狀態(tài)的預測。在速度控制策略中，縱向運動學模型更加關鍵，它描述車輛在不同駕駛條件下的加速度、減速度及勻速運動狀態(tài)，確保在各種復雜道路條件下車輛能夠實現預期的速度。

輪胎力學模型則涉及車輪與路面之間的相互作用，包括胎面與路面的摩擦力、滑移率等。新能源專用車輛在該方面也有其獨特之處，如輕量化設計導致輪胎負荷的改變，從而影響車輛的加速度和制動性能。在建立車輛動力學模型時，需要綜合考慮這些要素，以確保模型的準確性和適用性。

2.2 駕駛行為模型

駕駛行為模型是研究車輛速度控制策略必不可少的部分，描述的是駕駛者在各種工況下的操控行為及其對車輛速度的控制機制。駕駛行為模型通常包括以下幾類：怠速模型、巡航模型、加速模型和制動模型。

怠速模型主要描述車輛在怠速狀態(tài)下的轉速和油耗特性。新能源專用車輛由于采用電動機驅動，怠速狀態(tài)下的能量消耗相較傳統(tǒng)內燃機車輛顯著降低，但對電池管理系統(tǒng)提出了更高要求。例如，電池的自放電及低溫下的電能保持能力，都是影響怠速狀態(tài)下能源利用效率的因素。

巡航模型描述車輛在恒定速度下的行為特征，包括穩(wěn)定速度所需的動力及能量消耗。這一階段的控制策略主要關注系統(tǒng)穩(wěn)定性和駕駛舒適性。新能源專用車輛由于電動機的高效能和良好的轉矩輸出特性，在巡航階段表現出良好的能量利用效率，但對能量回收及續(xù)航里程管理提出了挑戰(zhàn)。

加速模型則描述駕駛者在提升車速過程中的操控行為。加速過程對電動機和電池的瞬時功率輸出能力提出了較高要求，需要考慮電動機的過載保護、功率限幅以及電池的放電特性。制動模型與加速模型相對應，主要描述駕駛者在減速或停車過程中的控制行為。新能源專用車輛通常具備能量回收功能，通過制動回收將部分動能轉化為電能儲存在電池中，提高整車的能源利用效率。

2.3 控制方法

控制方法是實現速度控制策略的重要手段。在新能源專用車輛的速度控制中，常用的控制方法包括反饋控制、前饋控制、模型預測控制和滑模控制等。

反饋控制是一種通過實時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)并將其與期望值進行比較，以修正控制行為的策略。在車輛速度控制中，反饋控制可通過速度傳感器實時監(jiān)測車速，并調整動力輸出以實現預期速度[4]。單純的反饋控制存在響應速度慢、易受干擾等問題。

前饋控制則基于已知系統(tǒng)模型和外部干擾，提前計算出所需控制量，從而快速實現目標控制。該方法的優(yōu)勢在于能有效提高系統(tǒng)響應速度，但其對模型準確性依賴較高。在新能源專用車輛中，可結合導航系統(tǒng)和道路信息，實現對復雜工況下車速的有效控制。

混合反饋-前饋控制結構綜合了反饋控制和前饋控制的優(yōu)勢，通過實時調整控制信號，既提高了系統(tǒng)響應速度，又增強了對外部干擾的魯棒性。這一結構在新能源專用車輛速度控制中具有較大潛力，尤其在復雜道路和多變交通環(huán)境下。

模型預測控制（MPC）是一種基于系統(tǒng)模型的優(yōu)化控制方法，即通過建立車輛動態(tài)模型并預測未來若干時刻的狀態(tài)，采用滾動優(yōu)化策略確定當前時刻的最優(yōu)控制量。在實現速度控制時，MPC能有效考慮車輛動力學特性和驅動系統(tǒng)特性，動態(tài)調整車速以實現最佳控制。由于新能源專用車輛動力系統(tǒng)的非線性和快速動態(tài)響應特性，MPC在該類車輛的速度控制中展示出顯著優(yōu)勢[5]。

滑?？刂剖且环N處理不確定性和非線性系統(tǒng)的有效方法，特別適用于新能源專用車輛這種具有復雜驅動特性的系統(tǒng)。在滑?？刂浦?，通過設計滑模面和切換控制率，實現對系統(tǒng)狀態(tài)的快速收斂。相較傳統(tǒng)控制方法，滑?？刂茖ο到y(tǒng)參數變化和外部干擾具有較強的魯棒性，能更好地適應新能源專用車輛在復雜工況下的速度控制需求。

綜合來看，新能源專用車輛的速度控制策略不僅需要建立精確的動力學模型和駕駛行為模型，還需采用適合的控制方法，以滿足車輛在各種工況下的速度跟蹤性能和能源利用效率。

3 新能源專用車輛的速度監(jiān)控策略研究與驗證

3.1 混合反饋前饋控制結構的設計

在新能源專用車輛的速度監(jiān)控策略中，混合反饋-前饋控制結構的設計是關鍵環(huán)節(jié)。這種結構結合了反饋控制和前饋控制的優(yōu)勢，以實現對車輛速度的精確調控。

反饋控制通過實時檢測車輛速度與設定速度之間的偏差，調整車輛的動力輸出，從而達到穩(wěn)定控制的目的。采用經典的反饋控制方法，如比例-積分-微分（PID）控制器，可以根據速度偏差實時調整車輛動力，提高速度控制的準確性和響應速度。

前饋控制則根據駕駛行為和預定路徑預測未來的車速變化，提前調整控制輸入，以減少由外部干擾或內部非線性特性引起的誤差。前饋控制的優(yōu)勢在于對已知干擾或系統(tǒng)輸入有快速響應能力，能夠有效地應對復雜的駕駛工況。

將反饋控制和前饋控制相結合，形成混合控制結構，能更全面地應對速度變化的控制問題。在此結構中，反饋控制器負責修正瞬時偏差，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)響應性能；前饋控制器則基于車速預測模型預先調整控制輸入，減少系統(tǒng)延遲和規(guī)劃誤差，使車輛在各種工況下均能穩(wěn)定運行。

混合控制結構引入模型預測控制（MPC）和滑?？刂品椒āＤＰ皖A測控制通過優(yōu)化算法預測和調節(jié)未來的控制輸入，從全局上保證速度控制的精確性和穩(wěn)定性?；？刂仆ㄟ^構造滑動面并強制系統(tǒng)狀態(tài)沿滑動面運動，具有較強的魯棒性和抗干擾能力，特別適合處理新能源車輛的非線性和不確定性因素。

在設計具體控制策略時，建立車輛的動力學模型和駕駛行為模型，求解模型參數，通過系統(tǒng)辨識和實驗數據確定控制模型?；旌峡刂破髟诖嘶A上進行實時計算和調整，根據車速誤差和預測的速度變化進行多層次、多目標的綜合控制?？刂扑惴ㄐ杈邆涓咝У挠嬎隳芰蛯崟r性能，以適應實際駕駛環(huán)境的要求。

基于混合反饋-前饋控制結構的設計，通過結合多種控制方法和預測模型，能夠有效提升新能源專用車輛的速度控制性能，確保車輛在各種駕駛工況下的穩(wěn)定、高效運行，為新能源專用車輛的研發(fā)和應用提供了理論支持和技術保障。

3.2 仿真驗證在各種駕駛工況下的應用效果

在對新能源專用車輛速度監(jiān)控策略進行仿真驗證時，選取了多種典型的駕駛工況，包括城市工況、高速公路工況、鄉(xiāng)村道路工況等，以全面評估新策略在不同環(huán)境下的適應性和性能表現。在城市工況中，車輛經常面臨頻繁的啟停和較低的平均速度。仿真結果顯示，新提出的速度控制策略能夠實現較高的速度跟蹤精度，有效降低了能耗，且保證了較高的駕駛舒適度。在高速公路工況中，車輛需要維持較高的巡航速度。通過仿真驗證，該策略展示了良好的穩(wěn)定性，能夠快速響應駕駛員的加速和減速請求，節(jié)省了能源，表現出優(yōu)異的能源利用效率。在鄉(xiāng)村道路工況中，面對復雜的地形和較大的速度波動，該策略同樣表現出了出色的跟蹤性能和能源利用率，確保了車輛在非理想路況下的穩(wěn)定行駛。

針對不同駕駛工況應用效果的詳細分析表明，混合反饋-前饋控制結構結合模型預測控制和滑?？刂频姆椒ň邆涓咝獙Ω黝悇討B(tài)駕駛條件的能力，不僅提高了車輛整體速度控制的準確性和響應速度，還極大地優(yōu)化了能源使用效率。綜合仿真結果顯示，該速度控制策略能夠在不同的實際駕駛情況下均發(fā)揮出顯著的作用，為新能源專用車輛的實際應用提供了強有力的支持和理論依據。通過模型預測和滑?？刂?，系統(tǒng)表現出的魯棒性和適應性優(yōu)于傳統(tǒng)控制方法，進一步驗證了其在復雜動態(tài)條件下的有效性和實用性。

整個過程的仿真驗證結果證明，新速度控制策略在傳統(tǒng)控制策略的基礎上有了明顯的提升，能夠有效滿足不同路況和駕駛需求，為新能源專用車輛速度監(jiān)控策略的研發(fā)和應用提供了重要的技術支撐。

4 結語

本文以新能源專用車輛為研究對象，針對其速度控制策略進行全面研究。研究首先根據車輛的動力學模型和駕駛行為模型建立了車速預測模型，接著設計了混合反饋-前饋控制結構的車速控制策略，有效整合了模型預測控制和滑模控制等多種控制方法。通過各種典型駕駛工況的仿真驗證，證明了新的速度控制策略可以有效改善車輛的速度跟蹤性能和能源利用效率，同時也保證了駕駛者的舒適性。盡管本文已提出和驗證了針對新能源專用車輛的新型速度控制策略，但由于技術和實施的復雜性、新能源汽車發(fā)展的不斷變化以及對能源效率和駕駛舒適性需求的持續(xù)提高，未來仍需對速度控制策略進行進一步優(yōu)化和研究，如結合其他創(chuàng)新控制技術、對復雜動態(tài)駕駛工況的適應性研究等。總的來說，本研究為新能源專用車輛的研發(fā)和應用，特別是其控制策略的選擇和優(yōu)化提供了重要的理論支持和實踐指導。

基金項目：德陽市新能源專用車輛工程技術研究中心2022年度科研項目，新能源專用車輛的速度監(jiān)控策略研究（XNYCL2203）。

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