[發明專利]一種基于輪速前饋補償的縱向車輛隊列協調控制系統

有效

• 申請號: 201710432783.4
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107323456B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 楊秀建;陳亞勇;張昆;高晉;聶枝根
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B60W30/165
• 分類號: B60W30/165
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于輪速前饋補償的縱向車輛隊列協調控制系統，屬于智能汽車與智能交通技術領域。本發明針對縱向車輛隊列及其分散式控制模式，為隊列車輛提供了一種三層體系結構的車載控制系統：頂層是隊列控制器，采用基于輪速前饋補償的定時距控制策略；中間層是協調決策模塊，對隊列的控制目標和車輛自身的動力學穩定性兩個方面進行協調；底層是車輛動力學控制器，通過對車輪驅動力矩和制動力矩的主動調節，在保證車輛縱向動力學穩定的前提下，實現隊列整體的控制目標。本發明提供的縱向車輛隊列控制系統魯棒性強，受車輛自身動力學的影響小，可以顯著減小隊列車輛間距誤差，大大提高隊列的可靠性和安全性。

技術領域

本發明涉及一種基于輪速前饋補償的縱向車輛隊列協調控制系統，屬于智能汽車與智能交通技術領域。

背景技術

車輛隊列是智能交通體系下車輛智能控制的一種方式，車輛隊列可以在保證行駛安全的情況下使車與車之間保持較小的距離，這樣一方面可以提高道路空間的利用率，緩解交通擁堵壓力；另一方面由于相鄰車輛之間保持較小的間距，車輛所受的空氣阻力也會明顯減小，從而可以提高燃油經濟性，特別是對重型載貨汽車隊列而言，燃油經濟性提高的效果更為明顯；此外，車輛以隊列的方式有序行駛也有利于提高道路交通的安全性。

目前，車輛隊列控制的研究主要集中于自動控制領域，將車輛隊列看成多智能體互聯系統的一種形式，將車輛看成一個質量點研究車輛互聯系統整體運動的控制策略。這種隊列控制思路對個體單元特性的關注較少，而針對不同對象的互聯系統由于對象本身特性的差異，互聯系統控制策略并不具有通用性。對公路車輛隊列而言，車輛在低附著路面上緊急制動或者大扭矩驅動極易出現由于車輪大滑移而失穩的現象，在這種情況下整個車輛隊列的控制目標將難以實現。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于輪速前饋補償的縱向車輛隊列協調控制系統，將輪速視作外部干擾信號前饋到頂層隊列控制策略中，以彌補個體車輛動力學對整個隊列動力學的影響，具有較強的魯棒性，可以提高車輛隊列的控制性能。

本發明采用的技術方案是：一種基于輪速前饋補償的縱向車輛隊列協調控制系統，包括由n輛車組成的縱向車輛隊列，隊列中的個體車輛通過車載激光雷達傳感器探測與其前方距離最近的車輛的間距和相對速度，來跟蹤其前方距離最近的車輛的運動；隊列中個體車輛的車載控制系統是一種三層的體系結構：頂層是隊列控制器，其功能是在保證整個車輛隊列穩定的前提下，根據與其前方最近車輛的期望間距、期望相對車速以及前饋的車輪旋轉速度信息ω_wi，計算輸出初步的目標加速度中間層是協調決策模塊，該模塊根據實際的路面附著條件和頂層隊列控制器輸出的初步目標加速度對隊列的控制目標和車輛自身的動力學穩定性兩個方面進行協調，決策輸出最終的隊列目標加速度底層是車輛動力學控制器，其作用是通過對車輪驅動力矩和制動力矩的主動調節，在保證車輛縱向動力學穩定即不發生車輪大滑移而失穩的前提下，使車輛的實際加速度值盡可能的趨近于中間層協調決策模塊輸出的最終隊列目標加速度從而實現隊列的控制目標。

所述的頂層隊列控制器采用基于輪速前饋補償的定時距控制策略，即個體車輛的輪速信息被納入頂層隊列控制器并參與頂層隊列控制的決策，對于第i輛車，頂層隊列控制器輸出的初步目標加速度計算方式如下：

式中，x_i-1、分別代表車輛i-1的位置和速度，x_i、分別代表車輛i的位置、速度和加速度，ω_wi、r_wi分別代表車輛i的輪速和車輪滾動半徑，h_w代表定時距策略的時距常數，k_p、k_v、k_w分別代表間距控制增益、相對速度控制增益、輪速前饋補償控制增益；所述的輪速ω_wi取該車輛所有車輪輪速中最大的一個。

所述的中間層協調決策模塊的決策過程為：