[發明專利]一種基于均勻量化通信數據的互聯異構車輛的全分布式控制方法

有效

• 申請號: 202110437041.7
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113282079B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 趙園;趙子平
• 申請（專利權）人: 天津師范大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;B60W50/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發明提供一種基于均勻量化通信數據的互聯異構車輛的全分布式控制方法。包括：采用雙向通信策略，每輛車將量化后的狀態信息傳給前后車輛，為了減少量化誤差和外部擾動對系統性能的影響，每輛跟隨車根據獲取的量化信息，設計耦合滑模面。根據獲取的前后車輛的量化信息，應用滑模控制方法為每輛跟隨車設計新的協同跟蹤控制器；通過在頻域分析系統的串穩定性，限定跟隨車輛的耦合滑模面的耦合強度。本發明為每輛跟隨車設計新的協同控制器；通過對滑模面的耦合強度系數稍加限制，即可保證車隊的串穩定性。本發明方法只使用前后車的量化信息，設計方法完全是分布式，沒有使用任何系統的全局信息。通過仿真實驗，證明了本發明方法的有效性和優越性。

技術領域

本發明涉及互聯車輛系統技術領域，具體而言，尤其涉及一種基于均勻量化通信數據的互聯異構車輛的全分布式控制方法。

背景技術

互聯車輛系統協同控制是國際智能交通界關注的熱點，其通過通信技術實現車對車(V2V)、車對路邊基礎設施(V2I)實現信息交互和共享，根據共同的控制任務，綜合運用通信、傳感、計算和控制技術，完成協同駕駛的控制任務。對比單車的駕駛模式，互聯車輛協同駕駛具有降低交通擁堵、減少能源消耗與廢氣排放等優勢。現已有不同的控制技術應用在互聯車輛系統中，例如，模型預測控制，分層邏輯模糊控制，魯棒H∞控制，滑模自適應控制等。對于只基于傳統的雷達測距技術，在互聯車輛系統中大規模運用多跳車載網絡，有利于多車輛的狀態信息傳輸共享，但是這勢必會引入更多的網絡通信問題，例如，通信時延、丟包、信道衰弱與量化。

現有的相關成果大多數是假設車輛間傳遞的數據具有無限的精確度，但是由于信道限制和數據傳輸率需求，數據在傳輸前都需要量化處理。因此為了確保互聯車輛系統的控制性能，研究V2V網絡中的量化問題十分必要。但是目前，很少有這方面的研究成果。

因此為互聯車輛系統選擇合適的量化機制與設計合適的控制律面臨著兩大挑戰：1)為了保證舒適的駕駛體驗，需要選擇合適的量化機制，避免系統不穩定和車輛加速度變化劇烈波動。2)使用量化通信數據，大規模耦合的互聯車輛系統增加了分布式控制的設計復雜度和難度。

發明內容

根據上述提出的技術問題，提供一種基于均勻量化通信數據的互聯異構車輛的全分布式控制方法。本發明使用雙向通信策略，每輛車將量化后的狀態信息傳給前后車輛。為了減少量化誤差和外部擾動對系統性能的影響，每輛跟隨車根據收到的量化信息，設計耦合滑模面。采用定間距的跟隨策略，將互聯車輛系統的協同控制問題轉化為耦合滑模面的收斂問題。根據V2V通信網絡接收的前后車輛的量化數據，運用滑模控制理論和李雅普諾夫函數法，為每輛跟隨車設計新的協同控制器；通過對滑模面的耦合強度系數稍加限制，即可保證車隊的串穩定性。

本發明采用的技術手段如下：

一種基于均勻量化通信數據的互聯異構車輛的全分布式控制方法，包括如下步驟：

S1、采用雙向通信策略，每輛車將量化后的狀態信息傳給前后車輛，每輛跟隨車根據獲取的量化信息，設計耦合滑模面。

S2、根據獲取的前后車輛的量化信息，應用滑模控制方法為每輛跟隨車設計新的協同跟蹤控制器；

S3、通過在頻域分析系統的串穩定性，限定跟隨車輛的耦合滑模面的耦合強度。

進一步地，所述步驟S1具體包括：

S11、構建異構車輛縱向控制模型，考慮外界擾動，每輛車的動態特性的微分方程表示如下：

其中，為車輛i的發動機常數，取決于特定車輛的機械特性；u_i為待設計的車輛i的控制輸入；d_i(t)為由滾動阻力，風阻和地面摩擦力引起的有界外界擾動，滿足||d_i(t)||≤D，D＞0；

S12、為了分析互聯車輛系統性能，定義車輛i和前車i-1的車間距誤差為：