[发明专利]考虑不匹配速度扰动的车辆队列稳定性控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种考虑不匹配速度扰动的车辆队列稳定性控制方法，包括如下步骤：步骤1：采用双向通信结构建立车辆编队，前后车辆利用通信设备进行信息交换；步骤2：将编队中车辆从前到后进行0～N编号，其中第0辆为匀速行驶的领航车辆；步骤3：采用反馈控制率得到如下线性动力学模型，步骤4：每辆跟随车辆的观测层根据车辆速度和位置的量测值以及控制输入；步骤5：构建恒定时距跟车策略；步骤6：每辆跟随车辆i的控制层建立分布式控制器；步骤7：每辆车将得到的期望加速度传输到下层控制器；步骤8：重复步骤4～7直至结束队列形式。本发明的考虑不匹配速度扰动的车辆队列稳定性控制方法，保证车辆编队的跟踪性能和安全性。

技术领域

本发明涉及智能交通系统控制领域，尤其涉及一种考虑不匹配速度扰动的车辆队列稳定性控制方法和系统。

背景技术

中国日益增长的汽车市场不可避免地带来了城市交通拥堵问题，对交通运行安全和效率以及汽车燃油经济性提出了新的挑战。车辆编队技术即协同自适应巡航控制技术通过运用车车通信对车辆编队协同控制，可以显著减缓交通拥堵、改善交通效率、提高驾驶安全性和改进燃油经济性，因而得到了广泛研究。

目前已有诸多关于车辆编队控制的专利。申请号为201910958157.8的专利提供了一种抗通信延迟的智能电动车编队自适应鲁棒控制方法；申请号为202010650385.1的专利提供了一种基于滑模控制的车队协同制动控制方法，并能保证队列稳定性；申请号为201911046770.9的专利提供了一种基于事件触发的网络化车队调度与协同控制方法；申请号为201910712070.2的专利提供了一种基于执行器故障和饱和的异构车队容错控制方法；申请号为201811395858.7的专利提供了一种考虑通信时延的车辆队列稳定性控制方法；申请号为201910820091.6的专利提供了一种基于图结构和人工势场的编队控制方法。

现有专利多假设车辆速度可精确获取，未考虑车辆不匹配速度扰动对队列稳定性的影响，即个体车辆跟踪误差在向后传播过程中不被放大的特性。而不匹配速度扰动在路面不平、大风、参数变化、速度量测误差和外部干扰等情况下下客观存在，是破坏队列稳定性的重要因素，并且对协同控制有着重要影响。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种考虑不匹配速度扰动及匹配加速度扰动的影响，设计包含观测层和控制层的双层控制策略，并提供一种考虑不匹配速度扰动的车辆队列稳定性控制方法和系统，从而提高车辆编队在外界扰动影响下的鲁棒性，保证跟踪性能和安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种考虑不匹配速度扰动的车辆队列稳定性控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：采用双向通信结构建立车辆编队，前后车辆利用通信设备进行信息交换；

步骤2：将编队中车辆从前到后进行0～N编号，其中第0辆为匀速行驶的领航车辆，其余N辆为跟随车辆，建立车辆动力学模型为：

其中，p_i,v_ri,v_i,a_i,别为车辆i的位置、真实速度、量测速度和加速度，T_i,η_i,m_i,r_i,C_A,i,f_i,g分别为车辆i的期望转距、传动系统效率、质量、轮胎半径、空气阻力系数、滚动阻力系数和重力加速度，r_i1表示车辆i由于量测误差、路面不平、大风和参数变化等引起的不匹配速度扰动，r_i2表示车辆i由于建模误差和外部干扰等引起的匹配加速度扰动；

步骤3：采用反馈控制率得到如下线性动力学模型：

其中，a_di为车辆i的期望加速度；