正版 混合系统、最优控制和混合动力车辆——理论、方法和应用

前言致谢第1章绪论11.1动机、挑战和目标11.2车辆设计方面31.2.1能量转换阶段31.2.2现实世界的驾驶概况、消耗和排放61.3过程模型、控制策略和优化81.3.1一般问题陈述81.3.2能量管理101.3.3数值解131.4相关研究15参考文献16第一部分理论和表示第2章非线性规划导论222.1引言222.2无约束非线性优化242.2.1优性的充分必要条件252.2.2Newton-Raphson方法252.2.3Newton-Raphson方法的全局化272.2.4拟Newton方法292.3约束非线性优化312.3.1优性必要条件和充分条件322.3.2投影Hessian矩阵352.3.3序列二次规划362.4灵敏度分析422.4.1目标函数和约束的灵敏度分析462.4.2线性摄动492.4.3摄动解的近似502.4.4置信区域的近似522.5多目标优化522.5.1精英多目标进化算法542.5.2MOGA的评价582.6相关研究58参考文献60第3章混合系统与混合优化控制633.1引言633.2系统定义633.2.1连续系统633.2.2混合系统663.2.3控制混合系统和切换系统693.2.4允许状态及控制的存在性和专享性693.2.5控制和状态约束、允许集和允许的函数空间723.2.6切换系统的重构743.3优控制问题753.3.1泛函763.3.2边界条件763.3.3连续优控制问题773.3.4混合优控制问题783.3.5切换优控制问题793.3.6二元切换优控制问题813.3.7优控制问题的转换813.4相关研究86参考文献88第4章小原理和Hamilton-Jacobi-Bellman方程914.1引言914.1.1变分法914.1.2优控制问题极值一阶必要条件的推导934.2小值原理974.2.1具有控制约束的优控制问题的必要条件1004.2.2具有状态约束的优控制问题的必要条件1024.2.3具有仿射控制的优控制问题的必要条件1064.3Hamilton-Jacobi-Bellman方程1084.4混合小原理1134.4.1无状态跳跃的切换优控制问题的必要条件1174.4.2有状态跳跃的切换优控制问题的必要条件1184.4.3重新审视：状态约束优控制问题的必要条件1194.5存在性1224.6相关研究124参考文献125第二部分优控制方法第5章混合优控制问题的离散化和积分方法1305.1引言1305.2初值问题的离散化1305.3Runge-Kutta积分方法1325.4Runge-Kutta方法的一致性阶数1355.5稳定性1435.6一些低阶的Runge-Kutta积分方法1445.6.1显式Runge-Kutta方法1455.6.2隐式Runge-Kutta方法1475.7不连续切换系统积分方法的注释1515.8离散化对优控制问题的影响1525.9相关研究153参考文献154第6章动态规划1566.1引言1566.2连续系统的优控制1566.3混合系统的优控制1616.4讨论1656.5相关研究167参考文献168第7章优控制的间接方法1697.1引言1697.2连续系统的优控制1707.2.1间接打靶方法1707.2.2间接多重打靶方法1737.3混合系统的优控制1777.4讨论1807.5相关研究182参考文献183第8章优控制的直接方法1848.1引言1848.2连续系统的优控制1898.2.1直接打靶方法1908.2.2直接配置1948.2.3直接打靶和直接配置的比较1968.2.4由直接打靶和直接配置的共态恢复1978.3切换系统的优控制1988.3.1嵌入优控制问题1998.3.2两阶段算法2018.3.3具有参数化切换间隔的切换时间优化2058.4获得二元可行控制函数的数值方法2098.5讨论2128.6相关研究213参考文献215第三部分数值实现第9章大型优控制求解器的实际实现2209.1稀疏线性代数2209.1.1稀疏矩阵格式2209.1.2大型线性系统的数值解2219.1.3大型矩阵的正定性检验2259.2计算导数2269.2.1计算图2269.2.2稀疏模式确定2279.2.3压缩导数计算2309.2.4有限差分2339.3稀疏拟Newton更新2379.3.1部分可分函数的拟Newton更新2379.3.2弦稀疏结构的简单拟Newton更新2379.3.3弦稀疏结构的拟Newton更新2409.3.4拟Newton更新的修正2429.3.5离散优控制问题的拟Newton更新2429.4相关研究244参考文献245第四部分混合动力车辆控制建模第10章作为切换系统的混合动力车辆建模25010.1引言25010.2车辆动力学25110.3机电系统25410.3.1内燃机25510.3.2电机25810.3.3变速器26410.3.4离合器26910.3.5电池26910.4混合动力车辆构型27510.4.1并联混合27610.4.2功率分流混合28110.4.3串联混合29510.4.4组合混合29910.4.5插电混合30010.4.6纯电动车辆30010.5混合动力车辆模型30110.5.1并联混合准静态模型30110.5.2采用火花点火发动机并联混合的热力学模型30510.5.3功率分流混合准静态模型30810.5.4并联混合的扩展准静态模型31010.6行驶循环31010.7静态函数表示31510.8切换成本31610.9相关研究317参考文献318第五部分应用第11章优选车辆标定32411.1引言32411.2已知行驶循环的切换优控制问题的离线解32411.2.1无状态跳跃问题32411.2.2更多离散决策：档位选择32911.2.3状态跳跃33011.2.4优催化转化器加热33111.3基于规则的能量管理分析标定33411.3.1常共态假设33511.3.2切换成本的影响33611.3.3查表计算33911.4基于规则选择共态的策略34111.4.1基于规则选择使用共态映射34111.4.2优CO2排放的共态34111.5实施问题34211.6相关研究344参考文献345第12章预测实时能量管理34712.1引言34712.2实际的基准循环34812.3智能交通系统35012.3.1基于时间的驾驶员模型35112.3.2基于空间的驾驶员模型35312.3.3停车事件的估计35512.4纯电动车辆的预测能量管理35612.4.1车辆模型35712.4.2用于大速度的动态规划35812.4.3瞬时速度校正36012.4.4试验结果36012.5混合动力车辆的预测能量管理36212.5.1事件触发的预测能量管理36412.5.2长预测范围能量管理37312.6相关研究385参考文献387第13章混合动力传动构型的优化设计39013.1引言39013.2过程描述39113.2.1驾驶性能指标39113.2.2设计参数39213.2.3动力传动动力学39213.3动力传动多目标设计39413.3.1主问题39513.3.2动力传动部件的映射缩放39613.3.3批处理优控制子问题39813.4P2混合设计研究40413.5后优化参数灵敏度分析41213.6进一步的研究41713.6.1算法的加速41713.6.2模型复杂性的增加41813.7相关研究419参考文献420附录稀疏矩阵图论基础422参考文献426

本书描述了一种新方法，首次向汽车工程师展示了如何将混合动力汽车配置建模为具有离散和连续控制的系统。本书向读者展示了如何制定和解决满足多个目标的控制问题，这些目标可能是任意的、复杂的，并且对油耗、排放和驾驶性能产生相互矛盾的影响。本文向工程师，研究生和研究人员介绍了混合*优控制问题的理论。一系列新颖的算法开发为解决混合动力汽车领域日益复杂的工程问题提供了工具。在教科书和科技专著中很少发现真正相关的重要主题，包括对转换成本、离散决策的敏感性，以及对节油的影响等进行讨论，并得到实际应用的支持。这些证明了*佳混合动力控制在预测能源管理、优选的动力总成校准，以及在燃油经济性、*低排放量和*平稳驾驶性能方面优化车辆配置方面的贡献。处理诸如计算资源、简化和稳定性之类的数字问题，使读者能够评估这种复杂的系统。为了帮助工业工程师和管理人员进行项目决策，从要求，收益和风险方面提供了混合动力汽车控制中许多重要问题的解决方案。本书适合汽车行业工程师、车辆工程及控制工程专业师生阅读，也适合研究人员参考使用。

精装，印装精美权威作者，舍弗勒技术专家权威译者，吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室组译

本书描述了一种新方法，首次向汽车工程师展示了如何将混合动力汽车配置建模为具有离散和连续控制的系统。本书向读者展示了如何制定和解决满足多个目标的控制问题，这些目标可能是任意的、复杂的，并且对油耗、排放和驾驶性能产生相互矛盾的影响。本文向工程师，研究生和研究人员介绍了混合*优控制问题的理论。一系列新颖的算法开发为解决混合动力汽车领域日益复杂的工程问题提供了工具。在教科书和科技专著中很少发现真正相关的重要主题，包括对转换成本、离散决策的敏感性，以及对节油的影响等进行讨论，并得到实际应用的支持。这些证明了*佳混合动力控制在预测能源管理、先进的动力总成校准，以及在燃油经济性、*低排放量和*平稳驾驶性能方面优化车辆配置方面的贡献。处理诸如计算资源、简化和稳定性之类的数字问题，使读者能够评估这种复杂的系统。为了帮助工业工程师和管理人员进行项目决策，从要求，收益和风险方面提供了混合动力汽车控制中许多重要问题的解决方案。本书适合汽车行业工程师、车辆工程及控制工程专业师生阅读，也适合研究人员参考使用。