[发明专利]一种基于通信延迟的智能车队纵向跟随控制方法

权利要求书

1.一种基于通信延迟的智能车队纵向跟随控制方法，其特征在于，具体步骤如下：建立基于模型预测控制原理的上层控制运动学方程；建立卡尔曼滤波模型，采用延迟误差补偿方法对通信延迟影响下车辆状态空间模型进行优化，得到优化后的车辆状态空间模型；基于优化后的车辆状态空间模型进行MPC算法求解，得到期望控制输入，并建立下层控制器，将控制输入反馈到被控车辆，实现车辆的加速或制动。

2.如权利要求1所述的一种基于通信延迟的智能车队纵向跟随控制方法，其特征在于，建立基于模型预测控制原理的上层控制运动学方程的步骤如下：

将车队中智能车辆的纵向运动过程当成一个非线性的三阶模型，由以下微分方程来描述：

其中s为智能车辆从惯性参考位置测量得到的纵向位置，v、a分别为车辆的速度和加速度，η为发动机的控制输入；

将原有的非线性模型反馈线性化得：

η＝ma_des+C_dv²+d_m+2τC_dva；

其中a_des即为上层控制器所决定的期望加速度，C_d代表了气动阻力系数，d_m为车辆的机械阻力，τ为车辆发动机的时间常数；

考虑在直道上行驶的车队中的其中三辆紧密跟随的相同配置的智能车辆，s_i代表第i辆车与惯性参考点的距离，v_i、a_i分别代表第i辆车的速度和加速度，l代表车身的长度，则第i辆车与前车的车间间距误差为：

e_s＝s_i-1-s_i-d_i，des-l；

其中d_i，aes是第i辆车与前车的期望车间距，如何选取该期望距离取决于安全距离算法即车间距策略，不同的车间距策略有不同的效果；

考虑到车队及交通流的稳定性，采用可变车头时距的安全距离算法作为控制研究方法，则对于第i辆车而言，它与前车的间距误差如上式所示，式中的期望距离为：

d_i，des＝d₀+h_i(v_i)*v_i；

其中，d₀表示最小安全距离，h_i为车头时距；

它与前车的速度差为：

e_v＝v_i-1-v_i；

其中，v_i-1表示第i-1辆车的速度；

经推导得出本发明所提出的一种基于通信延迟的智能车队纵向跟随控制系统内车辆的状态空间模型为：

上式中，

x＝[e_s e_v a_i v_i]^Tu＝a_desω＝a_i-1；

其中x、u和ω分别为状态、控制输入以及干扰输入。