[发明专利]非线性车辆队列协同自适应抗扰纵向控制方法

说明书

本发明公开了一种非线性车辆队列协同自适应抗扰纵向控制方法，设计上层间距保持控制器，根据前车、领航车的位姿、车速推算出本车的期望速度，将协同巡航控制任务转换为速度跟踪的问题；基于相似性原理将车辆运动学模型由笛卡尔坐标系转化到Frenet坐标系下，考虑了实际道路的曲率，能实现弯道的巡航控制；考虑风阻二次项、车辆载重变化、加速度波动等未知扰动的作用，设计自适应律在线估计扰动的上界，基于稳定性原理设计下层速度跟踪控制器，能在未知扰动作用下保证系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及多车协同控制领域，特别是一种考虑未知扰动的非线性车辆队列协同自适应抗扰纵向控制方法。

背景技术

车辆队列协同自适应抗扰纵向控制是通过车间通讯或车路通讯实现队列中车辆之间的信息共享，应用协同控制算法协调队列中所有车辆以同一期望速度保持期望间距排队行驶，是智能交通系统研究的重要内容之一。实现车辆队列协同自适应抗扰纵向控制可以增加现有道路的交通流量、降低能耗，对于促进交通运输智能化具有重要应用价值。目前，车辆队列协同自适应抗扰纵向控制仍处于研究阶段，存在以下问题有待解决：

(1)在协同自适应抗扰纵向控制中，速度跟踪与间距保持存在耦合，如何协调速度与间距的关系是目前的研究热点之一；

(2)目前，许多关于车辆队列协同自适应抗扰纵向控制的重要成果都是建立在队列沿直线行驶的基础上，在实际的弯道行驶场景中如何实现队列自适应抗扰还有待进一步研究；

(3)在实际应用场景中，风阻二次项、道路坡度是随时间和工况变化的，很难精确建模，并且车辆队列还会受到车辆载重变化、加速度波动等未知扰动的作用，这些干扰因素可能会引起整个系统的不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种非线性车辆队列协同自适应抗扰纵向控制方法，实现弯道的巡航控制，在未知扰动作用下保证系统的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种非线性车辆队列协同自适应抗扰纵向控制方法，包括以下步骤：

1)构建领航者-前车跟随式车辆队列，所述车辆队列中沿车辆行驶方向，排头车辆为领航车，其他车辆为跟随车；

2)在Frenet坐标系下建立车辆的运动学模型，基于该运动学模型推导得到领航者-前车跟随式车辆队列的跟驰间距误差模型；

3)基于步骤2)中的跟驰间距误差模型设计上层间距保持控制器，根据前车、领航车的位姿、车速推算出本车的期望速度；

4)考虑未知扰动，建立车辆纵向非线性动力学模型；

5)基于李雅普诺夫稳定性，设计自适应律在线估计未知扰动，并根据步骤4)中的车辆纵向非线性动力学模型，构建下层速度跟踪控制器，根据步骤3)中的期望速度和反馈的实际速度，计算得到车辆的驱制动力矩。

1、根据权利要求1所述的非线性车辆队列协同自适应抗扰纵向控制方法，其特征在于，步骤1)中，所述领航者-前车跟随式车辆队列表示队列中跟随车辆通过LET-V2X通讯方式获取前车和领航车的位移、车速。

车辆的运动学模型为：其中，(x_i(t),y_i(t))表示队列中第i辆车后轴中心点的位置，θ_i(t)表示第i辆车航向，v_i(t)表示第i辆车的实际纵向速度，δ_i(t)表示车辆前轮转向角，L表示车辆轴距。

步骤2)中，跟驰间距误差模型的表达式如下：