[发明专利]一种基于同态加密的车辆自适应变速巡航过程控制方法

权利要求书

1.一种基于同态加密的车辆自适应变速巡航过程控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

1)、建立车辆自适应变速巡航过程状态空间扰动扩展数学模型，参见式(1)：

其中，变量t表示时间；x₁(t)、x₂(t)和x₃(t)分别表示在t时刻前车与本车的间距误差、相对速度和本车加速度；u(t)表示在t时刻本车的命令加速度；w(t)表示在t时刻前车的实际加速度；参数h和σ分别为车头时距和时间常数；考虑模型式(1)，定义车辆自适应变速巡航过程的状态列向量x(t)＝[x₁(t) x₂(t) x₃(t)]^T，其中，符号T表示向量的转置；在x(t)、x₁(t)、x₂(t)和x₃(t)上的点号“·”表示导数；

2)、给定4个大于零的参数R₁、R₂、R₃和R₄，定义车辆自适应变速巡航过程控制器增益系数k₁、k₂和k₃；令行向量K＝[k₁ k₂ k₃]为增益向量，将通过MatLab命令函数lqr计算，参见式(2)：

K＝lqr(A,B,Q,R₄) (2)

其中，增广矩阵和

3)、选择两个大于零的素数p和q，计算n＝p×q，则车辆自适应变速巡航加密系统的公钥为p，私钥为n；对于明文空间的任意值x，计算加密值，参见式(3)：

X＝smod((x+sign(x)×rand×p),n) (3)

其中，函数m是一个有理数，k是一个正素数，mod是普通求模运算，rand返回一个随机正整数，sign(x)是取符号函数；

将当前时刻前车与本车的间距误差x₁(t)、相对速度x₂(t)、本车加速度x₃(t)和三个控制器增益系数k₁、k₂和k₃统一精度后进行整数化，即X＝I(x)＝x×10^e，其中e为x小数点后面的位数，符号I(x)表示对系数x的整数化运算函数；记录六个系数的小数点位分别为e1、e2、e3、e4、e5和e6，然后对整数化后的六个值用公式(3)进行加密，加密后可得密文X₁、X₂、X₃、K₁、K₂、K₃；

4)、将加密后的车辆信息存储于云端服务器，由云计算对密文做乘法运算，得到三组值分别为

U₁＝X₁×K₁、U₂＝X₂×K₂、U₃＝X₃×K₃ (4)

5)、车辆系统接收云端传回来的三组密文信息并解密，参见式(5)～(7)：

u₁(t)＝D(U₁)＝smod(U₁,p)×10^-(e1+e2) (5)

u₂(t)＝D(U₂)＝smod(U₂,p)×10^-(e3+e4) (6)

u₃(t)＝D(U₃)＝smod(U₃,p)×10^-(e5+e6) (7)

其中，符号D表示解密操作；实时计算车辆自适应变速巡航过程控制量u(t)，参见式(8)：

u(t)＝-(u₁(t)+u₂(t)+u₃(t)) (8)

将u(t)驱动本车跟踪前车运动状态；在下一个控制周期时，重新返回步骤3)在线测量前车与本车的间距误差、相对速度和本车加速度，如此周而复始，实现本车安全存储数据、减轻系统计算量下的车辆自适应变速巡航过程控制。