[發明專利]一種基于分布式切換控制的異構車隊協同安全控制方法

有效

• 申請號: 202110172009.0
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN113012459B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 翟春杰;鄭鑫磊;顏成鋼;孫垚棋
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G08G1/123
• 分類號: G08G1/123;G08G1/0967
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明公開了一種基于分布式切換控制的異構車隊協同安全控制方法，首先建立車輛的運動學模型；然后設計跟隨控制器，經過頻域分析之后針對跟隨控制器參數進行限制；在限制范圍內用二分法搜索每輛車需要使用的控制參數；通過V2V通信獲得前車的信息；再利用搜索得到的控制參數與步驟2定義的分布式跟隨控制輸入對車輛i進行控制；通過安全控制器根據其狀態判斷是否需要輸出最小控制量。本發明采用三階動力學模型，相比于傳統的二階車輛模型多考慮了車輛的發動機慣性，更接近真實情況；控制器參數設置的限制范圍直接給出，不需要車輛進行計算，大大減小了計算負擔；車隊跟隨車輛采用線性反饋控制器，對跟隨車輛的計算能力的要求極低。

技術領域

本發明屬于車輛自動駕駛領域，尤其針對高速公路異質車隊系統，具體涉及一種基于分布式切換控制的異構車隊協同安全控制技術。

背景技術

智能交通系統主要由車輛通過先進車載傳感器和V2X(Vehicle To Everything，車聯萬物)通信技術實時獲取周圍車輛狀態和附近道路信息，包括行人、車輛、道路基礎設施等實體之間有效的數據傳輸，以此來支撐道路安全、車隊控制、交通調度和其它應用場景。其中基于V2V(Vehicle To Vehicle，車聯車)通信的智能車隊協同控制能夠實現快速和精確地智能控制，減少人為因素導致的交通事故，增強車輛主動安全，而且能簡化交通控制與管理，有效緩解交通擁堵。

車隊協同控制系統實質上是一種網絡化控制系統，因此為了實現高效的車隊協同控制，在設計控制器時需要考慮通信、丟包和傳感器信息傳輸等因素產生的延遲。為了保證安全，隊列穩定性是車隊控制要滿足的必要條件，但是當車輛前方擾動較大時，滿足隊列穩定性的車隊仍然可能發生車輛碰撞，這是需要切換到設計的安全控制器來保證車輛安全。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提出了一種基于分布式切換控制的異構車隊協同安全控制方法，分布式切換控制協議包括基于頻域分析的跟隨控制器和基于安全不變集的安全控制器，當跟隨控制器的控制作用可能危害車輛安全時，安全控制器就會被激活發揮作用，從而確保車隊行駛安全。具體的設計按照以下步驟進行：

步驟1、由車輛自身的參數建立車輛i的運動學模型：

其中p_i(t)，v_i(t)，a_i(t)和u_i(t)分別是車輛i的位置、速度、加速度和控制輸入，τ_i和θ_i是車輛i的發動機慣性時間常數和輸入延遲。

步驟2、利用步驟1所建立的車輛運動學模型設計跟隨控制器，其中車輛i跟隨控制輸入定義如下：

u_i(t)＝k_i，ve_i，v(t)+k_i，pe_i，p(t)+k_i，ae_i，a(t)

其中e_i，v(t)，e_i，p(t)和e_i，a(t)分別是當前車輛和相鄰前方車輛的速度誤差、位置誤差和加速度誤差，定義為：

其中h_i為車輛的控制時隙，用于使車輛與前車的距離與本車當前的速度保持正比關系。而k_i，v，k_i，p和k_i，a分別為速度誤差的增益系數，位置誤差的增益系數和加速度誤差的增益系數。

步驟3、為了保證車隊和車輛的穩定性，經過頻域分析之后針對跟隨控制器參數進行限制，具體限制規則如下：