[发明专利]一种基于终端滑模控制的网联商用车队列横纵向控制方法

说明书

本发明属于网联商用车队列控制技术领域，公开了一种基于终端滑模控制的网联商用车队列横纵向控制方法，包括：S1.考虑高速满载的商用车辆的动力学特征及行驶阻力，建立商用车质点动力学模型。S2.建立商用车队列模型，且所述商用车队列模型用于表征商用车实时反馈输出的实际状态量与期望状态量之间的误差。S3.设计非奇异快速终端滑模控制器，且所述终端滑模控制器包括分层式结构的上层控制器和下层控制器；所述上层控制器根据商用车实时反馈输出的实际状态量和所述商用车队列模型计算出期望状态量，所述下层控制器根据所述期望状态量和所述商用车质点动力学模型计算出控制量，并将所述控制量作用于车辆控制系统中。

技术领域

本发明属于网联商用车队列控制技术领域，具体涉及一种基于终端滑模控制的网联商用车队列横纵向控制方法。

背景技术

网联商用车辆队列控制的研究来源于多智能体系统任务规划及协作问题的研究，是目前车路协同系统的一个重要的前沿课题。商用车队列行驶具有节约油耗，降低排放，降低车辆碰撞风险，提高道路通行能力的优点。商用车队列控制的研究内容主要包括纵向控制和横向控制，由于商用车自身是一个大型的非线性系统，具有横纵向动力学强耦合、轮胎非线性、参数不确定的特点，因此如何设计横向纵向的控制策略是一项具有挑战性的任务，具有良好的商业价值和发展前景。

目前，对于网联商用车队列横、纵向控制的建模和控制方法主要包括以下几种：

1)假设队列中的商用车的动力学特征不明显，采用商用车运动学模型，建立基于投影变换的误差运动学模型，并基于此模型设计PI D控制器、预测控制器、滑模控制器等。上述方法虽取得了有效的结果，但是由于运动学模型本身的局限性，只适用于车速一般较低的工况并且运动学模型不考虑车本身的质量，而商用车本身质量较大，行驶在高速公路上时车速较快，因此这与实际的商用车运动之间会有一定的偏差，因此应建立动力学方程来表征车辆的运动。

2)不考虑商用车的侧向运动和横摆运动，只考虑了商用车的纵向动力学特性，针对商用车的纵向动力学建立基于发动机MAP的动力学模型，采用分层控制策略，上层控制器采用预测控制器或者滑模控制，下层控制器采用反馈控制等。上述方法虽考虑了车辆的动力学特性，但只考虑了商用车的纵向动力学，但实际的车辆运动的过程中纵向和横向是同时存在的，单独考虑纵向运动或横向运动设计的控制器会影响控制精度。

3)考虑商用车的纵向运动、横向运动和横摆运动，假定轮胎侧偏角处于[-0.1,0.1]弧度之间，建立线性轮胎模型，并根据该线性模型设计控制器；由于高速满载商用车行驶在公路上时，轮胎的非线性特性很容易被激发，所以该控制器忽略了轮胎特性处于非线性区间的工况，一旦车辆处于极限工况时，此时线性控制器失去作用，无法保证被控对象稳定。

4)采用滑模控制器设计商用车队列控制器，但是选取普通的线性滑模面，虽然滑模面简单易调，当商用车行驶在外部扰动因素较大的场景下，线性滑模面的状态误差收敛速度慢，难以在有限时间内收敛至零，抗干扰能力较弱，对于商用车队列的稳定行驶存在较大的安全隐患。

5)采用预测控制器设计商用车队列控制器，通过神经网络等拟合轮胎非线性特性，建立非线性机理模型，并根据该机理模型设计控制器；但该控制器存在计算时间长、计算量大、实现困难的问题，预测控制器的实时性难以得到保证。

综上可知，如何有效的对商用车进行建模，设计队列纵、横向控制器具有重要的意义。

发明内容

鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，本发明的目的在于提供一种基于终端滑模控制的网联商用车队列横纵向控制方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于终端滑模控制的网联商用车队列横纵向控制方法，包括：