[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在审

专利信息
申请号: 202110740887.8 申请日: 2021-06-30
公开(公告)号: CN113419533A 公开(公告)日: 2021-09-21
发明(设计)人: 雷利利;王梓 申请(专利权)人: 江苏大学
主分类号: G05D1/02 分类号: G05D1/02
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 212013 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 通信 延迟 智能 车队 纵向 跟随 控制 方法
【说明书】:

发明涉及智能车队纵向跟随控制技术领域,具体涉及一种基于通信延迟的车队纵向跟随控制方法。采用模型预测控制(MPC)设计编队的控制律,实现理想通信情况下的编队保持。然后引入通信延迟,利用卡尔曼滤波算法(KF)对领航车实际状态信息进行预测,并将状态预测误差作为对通信延迟的补偿,既考虑了编队的稳定性,同时又兼顾了车辆编队的控制效果。

技术领域

本发明涉及智能车队纵向跟随控制技术领域,具体涉及一种基于通信延迟 的车队纵向跟随控制方法。

背景技术

车辆编队控制作为智能交通领域的研究热点,有望减少交通事故,提高交 通容量,节约能源。车辆编队控制在设计时主要采用分层设计,上层控制器通过 控制算法计算出期望的自车加速度,下层控制器将上层的期望加速度通过逆纵向 动力学模型转化为油门开度、制动踏板压力,再输入到被控制车辆模型中,从而 实现对车辆的纵向控制。

目前,众多研究车辆编队控制的国内外文献,考虑了延迟对车辆编队控制 的影响,并且根据所提出的控制方法,一定程度上提高了车队对于延迟影响的承 受能力。但是,这些研究多数是基于一定的模型得到一致性收敛条件(系统保持 稳定),并未考虑系统的控制效果。本发明提出了一种基于时延补偿的编队控制 方法:采用模型预测控制(MPC)设计编队的控制律,实现理想通信情况下的编队 保持。然后引入通信延迟,利用卡尔曼滤波算法(KF)对领航车状态信息进行预测, 并将状态估计误差作为对通信延迟的补偿,以提高车辆编队的控制效果。

发明内容

本发明提出一种基于通信延迟的智能车队纵向跟随控制研究,旨在保证车 队在通信延迟影响下的稳定性及控制效果。

为实现以上目的,本发明提供以下技术方案:

一种基于通信延迟的智能车队纵向跟随控制,其特征在于,包括:

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。

第一步,建立基于模型预测控制原理的上层控制运动学方程:

本发明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,它 可以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=mades+Cdv2+dm+2τCdva;

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

本发明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,si代表第i辆车与惯性参考点的距离,vi、ai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:

es=si-1-si-di,des-l

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