[发明专利]一种高速公路重型卡车编队纵向行驶控制方法

权利要求书

1.一种高速公路重型卡车编队纵向行驶控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据车辆在行驶过程中受力情况，建立两车相互运动学模型；

步骤二、基于步骤一建立的两车相互运动学模型，并应用李雅普诺夫函数判别法，设计控制器的参考输入信号，使得控制器在控制编队跟随车辆按照该参考信号行进时，整个编队在稳态时可以实现渐进稳定；包括以下具体过程：

首先针对车辆数目为N的车辆编队，针对每一辆车定义耦合变量z_i，如下式所示：

其中，γ_i为一介于1和0的可变控制器参数；

针对队列中的第i辆车定义李雅普诺夫函数，如下式所示：

对其进行求导可得：

定义虚拟参考输入变量如下式所示：

其中，k_i,1为第i辆车的固定参数；

定义参数的自适应律如下式所示：

针对由N辆车组成的车辆编队整体，可得整体李雅普诺夫函数为对整体李雅普诺夫函数V₁求导可得：

函数V₁为正定且其导数为负定，且对任意的状态点，其导数不恒为0，且当e_vi趋于无穷时，V₁也将趋于无穷，根据李雅普诺夫第二定律，当参考信号如下式所示时，系统可以实现大范围渐进稳定：

步骤三、基于三步法控制理论设计跟随车的分布式控制器，控制律包括类稳态控制律、参考前馈控制律以及误差反馈控制律三部分，分别从三个不同的角度保证了控制器对参考输入信号的跟踪效果，行驶过程中采用车间时距策略保证行驶时的车间安全距离，具体过程为：

控制器第一部分为类稳态控制律u_i,s：

在三步法控制器设计中结合参考信号建立参考前馈控制u_i,f，此时控制律变为u_i＝u_i,s+u_i,f，且令e_vi＝e^*_vi，得到参考前馈控制律u_i,f：

在前两步的基础上建立误差反馈控制律u_i,e，此时控制律变为u_i＝u_i,s+u_i,f+u_i,e，定义新误差信号编队整体李雅普诺夫函数导数将变为：

对误差信号ε_vi进行求导得到：

即：

重新定义编队系统李雅普诺夫函数对其求导可得：

根据李雅普诺夫第二法的稳定性判别条件，为了保证编队系统的渐进稳定性，控制器的误差反馈控制律的形式选取如下：

2.如权利要求1所述的一种高速公路重型卡车编队纵向行驶控制方法，其特征在于，所述步骤一建立的两车相互运动学模型为：

其中，e_pi为期望车间距偏差，单位m；e_vi为速度偏差，单位m/s；

以期望车间距偏差e_pi和速度偏差e_vi作为状态量，其中e_pi＝p_i-1-p_i-d_{res_i}，e_vi＝v_i-1-v_i，p_i为编队中第i辆车的位置，d_{res_i}为第i辆车的期望车间距离，d_{res_i}＝v_ih_i-L，a_i为第i辆车的加速度，v_i为第i辆车的行驶速度，L为车身长度，h_i为固定参数，i_g为差速器传动比；i₀为主减速器传动比；η为传动系机械效率；R为车轮有效半径，单位m，M为车辆行驶质量，单位kg；g为重力加速度，单位m/s²；μ为路面滚动阻力系数；θ为道路坡度，A为卡车的有效迎风面积，单位m²；ρ为空气密度，单位kg/m³；C_D为空气阻力系数；

以发动机输出力矩u＝T_q作为控制量，单位Nm；

对上式进行参数化处理，令θ_i,2＝μg，θ_i,3＝g，如下式所示：