[發明專利]考慮通信拓撲時變下的車輛隊列跟馳穩定性控制方法

在審

• 申請號: 201910080391.5
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109656255A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 秦曉輝;王哲文;胡滿江;王曉偉;徐彪;謝國濤;孫寧;鐘志華
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05B13/04;G05B19/418;G05B11/42
• 代理公司: 北京匯智勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11346
• 代理人: 石輝

本發明公開了一種考慮通信拓撲時變下的車輛隊列跟馳穩定性控制方法，該方法包括：步驟1，建立車輛隊列跟馳的數學模型；步驟2，將所述節點動力單元描述為節點線性模型；步驟3，建立考慮通信拓撲時變的車輛隊列跟馳控制系統的高維閉環狀態方程；步驟4，根據高維閉環狀態方程，給出考慮通信拓撲時變的車輛隊列存在鎮定控制器的充分條件是：當平均駐留時間長于下界時，車輛隊列系統的鎮定控制器存在可行解；步驟5，利用車輛隊列存在鎮定控制器的充分條件，提出低維Riccati不等式，求得控制器增益。本發明能夠保證在通信拓撲時變下車輛隊列跟馳系統的穩定性和魯棒性。

技術領域

本發明涉及智能駕駛技術領域，特別是涉及一種考慮通信拓撲時變下的車輛隊列跟馳穩定性控制方法。

背景技術

近年來，隨著汽車保有量的不斷增加，汽車在給人類帶來方便的同時，也引發了交通安全、交通擁堵、能源危機和環境惡化等問題。國際研究表明：在高速路行駛過程中，如果讓車輛排成隊列行駛，則可以通過縮短跟馳間距來改變整體空氣動力學阻力，有望提高交通流量，減少燃油消耗。

普通駕駛員由于性別、年齡、身體狀態和駕駛環境等的不同，其跟馳行為和跟馳間距通常各不相同，造成道路資源不能被充分利用。而且，由于不同駕駛員的反應延遲和所施加的制動力各不相同，當多輛車連續跟馳形成車輛隊列時，頭車的輕微制動行為容易造成后車的制動力飽和，從而對交通安全造成威脅。自動駕駛是解決上述問題的有效途徑，但現有縱向自動跟馳系統，如ACC(自適應巡航系統)，其僅基于前車信息進行控制，無法兼顧整個車輛隊列的安全性，通常會造成隊列尾部車輛的控制強度過大，影響安全性和舒適性。

近年來新興通信技術的發展，如DSRC(專用短程通信技術)、5G等，為解決上述問題提供了新思路。車路協同系統采用高帶寬、低延時的無線通信將車輛隊列的成員車聯系起來形成整體，成員車之間可以共享信息，自車控制器在綜合前后多輛成員車信息的基礎上優化控制增益，從而實現跟馳誤差的快速收斂，在保證安全性的基礎上進一步縮短隊列跟馳間距，提高通行效率，減少燃油消耗。

但是，基于車車通信的車輛隊列跟馳系統仍有許多問題和缺陷。車輛隊列在行駛過程中需要面對復雜的路況，其中存在許多干擾因素，很容易造成通信信號不穩定，并且車輛隊列在實際行駛過程中可能存在成員車不斷切入和切出的現象，這些都將導致通信拓撲的結構變化。不同通信拓撲的性能不同，車輛隊列的控制器需要保證不同通信拓撲下系統的穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種考慮通信拓撲時變下的車輛隊列跟馳穩定性控制方法來克服或至少減輕現有技術的上述缺陷中的至少一個。

為實現上述目的，本發明提供一種考慮通信拓撲時變下的車輛隊列跟馳穩定性控制方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，車輛隊列包括N+1輛成員車，N為大于1的自然數，建立車輛隊列跟馳的數學模型：所述數學模型包括節點動力單元、幾何拓撲結構、通信拓撲結構和分布式控制器，一輛所述成員車對應為一個節點，其中，所述節點動力單元根據輸入的期望加速度a_des，獲得期望油門開度α_des或期望制動壓力P_des，控制自車的狀態量；所述幾何拓撲結構用于確定各所述成員車之間的縱向物理間距；所述通信拓撲結構用于各所述成員車之間的信息交互；所述分布式控制器基于所述通信拓撲結構，利用其它所述成員車的信息，使用靜態反饋控制，獲取自車的期望加速度a_des；

步驟2，在步驟1中所述節點動力單元中，通過反饋線性化策略構造非線性下層控制增益，以將所述節點動力單元描述為節點線性模型；

步驟3，根據可能出現的具體的通信拓撲結構，建立考慮通信拓撲時變的車輛隊列跟馳控制系統的高維閉環狀態方程；