Automotive Model Predictive Control: Models, Methods and Applications

کنترل خودرو در طول دهه‌ها از یک فناوری کمکی به یک عنصر کلیدی تبدیل شده است که بدون آن عملکرد واقعی، انتشار، ایمنی و اهداف مصرف برآورده نمی‌شود. بر این اساس، کنترل خودرو قدرت و مسئولیت خود را افزایش داده است - به قیمت پیچیدگی و تنظیم دشوار. تکامل پیشرونده عمدتاً توسط برنامه‌های کاربردی خاص و اهداف کوتاه‌مدت رهبری می‌شود، در نتیجه کنترل خودرو تا حد زیادی بیشتر اکتشافی است تا سیستماتیک. نیازهای محصول همچنان در حال افزایش است و چالش‌های جدیدی از بازارهای بالقوه عظیمی مانند هند و چین به وجود می‌آیند، و در مقابل این زمینه، هم در صنعت و هم در دانشگاه اتفاق نظر گسترده‌ای وجود دارد که وضعیت فعلی راضی‌کننده نیست. کنترل مبتنی بر مدل می تواند رویکردی برای بهبود عملکرد و در عین حال کاهش زمان توسعه و تنظیم و احتمالاً هزینه ها باشد. کنترل پیش‌بینی مدل نوعی رویکرد طراحی کنترل مبتنی بر مدل است که از اواسط دهه 1980 موفقیت فزاینده‌ای را برای کارخانه‌های پیچیده «آهسته»، به‌ویژه صنایع شیمیایی و فرآیندی تجربه کرده است. در دهه‌های گذشته، توسعه‌های متعددی امکان استفاده از این روش‌ها را برای سیستم‌های «سریع» نیز فراهم کرده‌اند و با چندین نتیجه امیدوارکننده گزارش‌شده، از علایق رو به رشدی برای کاربردهای خودرو نیز استفاده می‌شود. هنوز در مورد اینکه آیا کنترل پیش‌بینی مدل با نیازهای بالای آن در کیفیت مدل و قدرت محاسباتی انتخاب معقولی برای کنترل خودرو است یا خیر، اتفاق نظر وجود ندارد.

Automotive control has developed over the decades from an auxiliary te- nology to a key element without which the actual performances, emission, safety and consumption targets could not be met. Accordingly, automotive control has been increasing its authority and responsibility – at the price of complexity and di?cult tuning. The progressive evolution has been mainly ledby speci?capplicationsandshorttermtargets,withthe consequencethat automotive control is to a very large extent more heuristic than systematic. Product requirements are still increasing and new challenges are coming from potentially huge markets like India and China, and against this ba- ground there is wide consensus both in the industry and academia that the current state is not satisfactory. Model-based control could be an approach to improve performance while reducing development and tuning times and possibly costs. Model predictive control is a kind of model-based control design approach which has experienced a growing success since the middle of the 1980s for “slow” complex plants, in particular of the chemical and process industry. In the last decades, severaldevelopments haveallowedusing these methods also for “fast”systemsandthis hassupporteda growinginterestinitsusealsofor automotive applications, with several promising results reported. Still there is no consensus on whether model predictive control with its high requi- ments on model quality and on computational power is a sensible choice for automotive control.