[发明专利]一种有效抑制发动机输出过载的自主车辆队列控制方法

说明书

本发明公开了一种有效抑制发动机输出过载的自主车辆队列控制方法，该方法首先进行车辆运动的动力学分析，建立车辆动力学模型，该模型为非线性模型；然后，通过V2V方式进行车辆之间的信息传递，所述信息是位置、速度和加速度，每辆车仅与其前后车辆进行信息交互，进而通过级联的方式构建车辆队列系统；其次，设计饱和函数对发动机的输出进行限定，并生成新的过载误差信号，进而设计饱和误差反馈控制律，抑制发动机输出过载带来的误差累积；最后利用设计的饱和误差反馈控制律与自适应控制技术实现了自主车辆队列控制方法，该方法可以有效抑制发动机输出过载问题。

技术领域

本发明属于车辆自主驾驶领域，具体涉及一种有效抑制发动机输出过载的自主车辆队列控制方法。

背景技术

自主车辆的队列行驶以其能有效提高公路容量，减少交通事故等优势，成为目前自动化高速公路系统的热点研究领域。自主车辆队列控制，是将进入道路的车辆组成车队，并维持一定的队形自动驾驶，在通过无线网络和车载传感器获取周围车辆运动信息的基础上，产生控制命令实现车辆对前车的自动跟随，并且使车距始终保持在安全的范围内。但是在不同的初始误差，尤其是较大的初始误差条件下，车辆队列为了达到期望的目标，致使发动机的输出需求提升，从而会导致发动机输出过载现象，即实际的发动机输出无法达到期望的发动机输出。同时，控制律的增益会影响实现期望目标的时间，从而影响发动机在有限时间内的能量输出，若控制增益过大，发动机需要在短时间内输出足够大的能量，导致发动机输出过载现象。发动机过载更容易形成积碳，使排放超标，引发各类的汽车问题，发动机的动力、噪音、油耗等各方面也会受到影响。另外，发动机过载，导致目标误差增大，如处理不及时，会造成误差积累，使得对发动机的输出需求提升，从而导致目标误差进一步增大，进而形成恶性循环，导致发动机控制失效。

目前对车辆队列控制中发动机过载的研究主要采用以下几种方法：

(1)借鉴多智能体编队的思路来解决车辆队列控制问题。该方法虽然可以实现多个车辆的队列行驶，并且通过限幅函数来抑制发动机过载现象。但是该种方法大多基于车辆的线性化模型进行研究，与车辆的真实动力学模型不符。事实上，车辆的动力学具有高度非线性特性，其主要是由于车辆运行过程中受到的不确定运行阻力造成的。

(2)借鉴信息一致性思想来实现车辆的队列控制，通过设计饱和函数直接抑制发动机过载现象。然而，该种方法仅能抑制短暂的过载现象，如果过载时间加长，如处理不及时，会造成误差积累，使得对发动机的输出需求提升，从而导致目标误差进一步增大，进而形成恶性循环，导致发动机控制失效。

(3)通过级联的方式来解决自主车辆的队列控制问题，该种方法很好的将单个车辆控制的思路拓展到车辆队列控制中，可以实现基于非线性模型的车辆编队控制。但是目前采用该种方式所设计的控制方法均采用饱和函数来抑制发动机输出过载的现象，会导致误差信号累积放大，控制效果并不理想。

以下是申请人检索的相关参考文献：

【1】Yan M，Tang Y，Yang P，et al.Consensus based platoon algorithm forvelocity-measurement-absent vehicles with actuator saturation[J].Journal ofAdvanced Transportation，2017，2017，1-8。

【2】Yan M，Song J，Yang P，et al.Distributed adaptive sliding modecontrol for vehicle platoon with uncertain driving resistance[C]//2017 36thChinese Control Conference(CCC).IEEE，2017，9396-9400。

【3】关威，梁鹏，高瀚斐，基于执行器饱和双轮平衡车的容错控制[J].沈阳航空航天大学学报，2015，32(4)：67-70。