[发明专利]考虑通信拓扑时变下的车辆队列跟驰稳定性控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑通信拓扑时变下的车辆队列跟驰稳定性控制方法，该方法包括：步骤1，建立车辆队列跟驰的数学模型；步骤2，将所述节点动力单元描述为节点线性模型；步骤3，建立考虑通信拓扑时变的车辆队列跟驰控制系统的高维闭环状态方程；步骤4，根据高维闭环状态方程，给出考虑通信拓扑时变的车辆队列存在镇定控制器的充分条件是：当平均驻留时间长于下界时，车辆队列系统的镇定控制器存在可行解；步骤5，利用车辆队列存在镇定控制器的充分条件，提出低维Riccati不等式，求得控制器增益。本发明能够保证在通信拓扑时变下车辆队列跟驰系统的稳定性和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及智能驾驶技术领域，特别是涉及一种考虑通信拓扑时变下的车辆队列跟驰稳定性控制方法。

背景技术

近年来，随着汽车保有量的不断增加，汽车在给人类带来方便的同时，也引发了交通安全、交通拥堵、能源危机和环境恶化等问题。国际研究表明：在高速路行驶过程中，如果让车辆排成队列行驶，则可以通过缩短跟驰间距来改变整体空气动力学阻力，有望提高交通流量，减少燃油消耗。

普通驾驶员由于性别、年龄、身体状态和驾驶环境等的不同，其跟驰行为和跟驰间距通常各不相同，造成道路资源不能被充分利用。而且，由于不同驾驶员的反应延迟和所施加的制动力各不相同，当多辆车连续跟驰形成车辆队列时，头车的轻微制动行为容易造成后车的制动力饱和，从而对交通安全造成威胁。自动驾驶是解决上述问题的有效途径，但现有纵向自动跟驰系统，如ACC(自适应巡航系统)，其仅基于前车信息进行控制，无法兼顾整个车辆队列的安全性，通常会造成队列尾部车辆的控制强度过大，影响安全性和舒适性。

近年来新兴通信技术的发展，如DSRC(专用短程通信技术)、5G等，为解决上述问题提供了新思路。车路协同系统采用高带宽、低延时的无线通信将车辆队列的成员车联系起来形成整体，成员车之间可以共享信息，自车控制器在综合前后多辆成员车信息的基础上优化控制增益，从而实现跟驰误差的快速收敛，在保证安全性的基础上进一步缩短队列跟驰间距，提高通行效率，减少燃油消耗。

但是，基于车车通信的车辆队列跟驰系统仍有许多问题和缺陷。车辆队列在行驶过程中需要面对复杂的路况，其中存在许多干扰因素，很容易造成通信信号不稳定，并且车辆队列在实际行驶过程中可能存在成员车不断切入和切出的现象，这些都将导致通信拓扑的结构变化。不同通信拓扑的性能不同，车辆队列的控制器需要保证不同通信拓扑下系统的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑通信拓扑时变下的车辆队列跟驰稳定性控制方法来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

为实现上述目的，本发明提供一种考虑通信拓扑时变下的车辆队列跟驰稳定性控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，车辆队列包括N+1辆成员车，N为大于1的自然数，建立车辆队列跟驰的数学模型：所述数学模型包括节点动力单元、几何拓扑结构、通信拓扑结构和分布式控制器，一辆所述成员车对应为一个节点，其中，所述节点动力单元根据输入的期望加速度a_des，获得期望油门开度α_des或期望制动压力P_des，控制自车的状态量；所述几何拓扑结构用于确定各所述成员车之间的纵向物理间距；所述通信拓扑结构用于各所述成员车之间的信息交互；所述分布式控制器基于所述通信拓扑结构，利用其它所述成员车的信息，使用静态反馈控制，获取自车的期望加速度a_des；

步骤2，在步骤1中所述节点动力单元中，通过反馈线性化策略构造非线性下层控制增益，以将所述节点动力单元描述为节点线性模型；

步骤3，根据可能出现的具体的通信拓扑结构，建立考虑通信拓扑时变的车辆队列跟驰控制系统的高维闭环状态方程；