双向自主车队控制方法技术

本发明专利技术提供一种双向自主车队控制方法。本方法，包括：双向自主车队中的车辆的控制器接收安装于所述车辆前后两端的传感器发送的车辆控制器运行变量，所述变量包括：车辆之间的间距、车辆的相对速度和车辆的加速度；根据所述双向自主车队的结构确定所述车队的结构数学模型；根据受力分析确定所述车辆动态模型；根据所述车队的结构数学模型和所述车辆动态模型求得车队状态空间模型，根据所述车队状态空间模型求解所述控制器运行参数；根据所述控制器运行参数和控制器运行变量求解所述车辆的加速度；所述车辆根据所述加速度控制纵向编队。本发明专利技术提高了自主车队的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例涉及交通控制
，尤其涉及一种双向自主车队控制方法。
技术介绍
城市交通事故频发、环境污染严重和拥堵已成为一个严重的世界性问题。由于经济高速发展和城市环境的制约，目前这个问题变得非常棘手。自主车队控制系统是缓解该问题的首选方案(岳伟，郭戈。通讯网络影响下自主车队的控制，控制理论与应用[J]，2011，28(7)：1041-1048)。在该系统中，车辆以纵向队列的形式，保持较小的车间距离自动行驶，从而减少人为因素导致的交通事故和道路的拥挤问题。当车队中某辆车的速度突然变化时，该变化导致的车间距离误差会沿着车队前后两个方向不断积累扩大，从而引起车队的不稳定导致车队解体或者追尾事故。因此，在自主车队控制中车队的整体稳定性是极为重要的。目前，大多数自主车队的控制方法中为了保证车队的队列稳定性，大都采用无线通讯模块结合车载测距传感器来完成控制器的设计，如基于领队与跟随者的结构(GGuo，WYue.Hierarchicalplatooncontrolwithheterogeneousinformationfeedback，IETControlTheoryandApplications[J]，2011.5(15)：1766-1781)、基于跟随者的结构(P.Caravani，E.deSantis.Communicationcontrolanddrivingassistancetoaplatoonofvehiclesinheavytrafficandscarcevisibility.IEEETransactionsonIntelligentTransportationSystems[J]，2006.7(4)：448–460)等。每辆跟随车辆基于无线模块获得的领队车辆或前车的信息(包括速度、加速度和位置)以及由车载传感器测得的自身的速度、加速度以及与前车的车间距离等信息来完成控制器的设计。然而，采用无线组网的自主车队控制中存在信息传输延时、数据丢包问题，无法保证车队的稳定性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种双向自主车队控制方法，以克服现有技术中自主车队中存在稳定性差的问题。本专利技术一种双向自主车队控制方法，包括：双向自主车队中的车辆的控制器接收安装于所述车辆前后两端的传感器发送的车辆控制器运行变量，所述变量包括：车辆之间的间距、车辆的相对速度和车辆的加速度；根据所述双向自主车队的结构确定所述车队的结构数学模型；根据受力分析确定所述车辆动态模型；根据所述车队的结构数学模型和所述车辆动态模型求得车队状态空间模型，根据所述车队状态空间模型求解所述控制器运行参数；根据所述控制器运行参数和控制器运行变量求解所述车辆的加速度；所述车辆根据所述加速度控制纵向编队。进一步地，所述根据所述双向自主车队的结构确定所述车队的结构数学模型，包括：所述车队由车辆之间的间距、车辆的速度、车辆长度以及时间间隔确定所述纵向车队的结构数学模型δi＝zi-1-zi-Li-hvi(1)其中，所述δi为第i辆车与第i-1辆车的车间距离误差，所述zi-1为第i-1辆车的位置，所述zi为第i辆车的位置，所述Li为第i辆车的长度，所述h为时间常数，所述vi为第i辆车的速度。进一步地，所述根据受力分析确定所述车辆动态模型，包括：对所述车辆进行受力分析得到所述车辆的非线性动态模型其中，所述是加速度的一阶导数，所述ci是执行器输入且ci≥0和ci＜0分别表示油门输入和刹车输入，所述σ是空气质量常数，所述mi是车辆的质量，所述Ai是车辆的横截面积，所述cdi为拽力系数，所述dmi是机械拽力，所述是发动机时间常数；根据反馈线性化方法，将代入所述非线性动态模型，得到线性化车辆动态模型其中，所述不确定性是勒贝格可测函数，所述延时τi(t)是时变函数，所述为控制器。进一步地，所述根据所述车队的机构数学模型和所述车辆动态模型求得车队状态空间模型，根据所述车队状态空间模型求解所述控制器运行参数，包括：根据所述车辆动态模型以及所述车队结构数学模型得到车队状态空间模型为x·i(t)=A‾ixi(t)+B‾iusati(t-τi(t))+Bdidi(t),yi(t)=Ci[xi,xi+1]T,---(5)]]>其中，所述xi(t)为车队状态，所述yi(t)为车队的测量输出，所述为状态矩阵，所述控制矩阵，所述Bdi为干扰矩阵，所述Ci为输出矩阵；根据所述车队状态空间模型定义李雅普诺夫函数Vi(t)为，Vi(t)=xiT(t)Pixi(t)+∫t-τi1txiT(s)Qi1xi(s)ds+∫t-τi2txiT(s)Qi2xi(s)ds+∫t-τi(t)txiT(s)Qi3xi(s)ds+∫-τi20∫t+θtx·iT(s)Zi1x·i(s)dsdθ+∫-τi2-τi1∫t+θtx·iT(s)Zi2x·i(s)dsdθ---(6)]]>其中，所述Pi，Qi1，Qi2，Qi3，Zi1和Zi2为对称矩阵，所述为xi(t)的转置；对所述李雅普诺夫函数求导，并使得到保证车辆渐进稳定的条件为：存在矩阵Pi＞0，Ti＞0，Qij＞0，j＝1,2,3,Zim＞0，m＝1,2,Nil，Sil,Mil,l＝1,2,…,5和Ki＝[kpfkpbkvfkvb]使得矩阵不等式和Π^iτi2τi12Siτi12Mi*-τi2Z100**-τi12(Zi1+Zi2)0***-τi12Zi2<0---(7)]]>成立，其中，所述为关于状态矩阵，输出矩阵和控制矩阵所组成的对称矩阵；将所述带入(4)，并对其做拉普拉斯变化，可得ai(s)，ai-1(s)和ai+1(s)，在s域内分析|ai(s)/ai-1(s)|以及|ai(s)/ai+1(s)|，并使其均满足小于等于1，可得到车队队列稳定的条件如下：hkpb-kvf＝0，当i∈[idis,1]时:kpf≥2kpb，当i∈[n,idis)时:kpb≥2kpf，kvb2-(kvf+kpfh)2&G本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向自主车队控制方法，其特征在于，包括：双向自主车队中的车辆的控制器接收安装于所述车辆前后两端的传感器发送的车辆控制器运行变量，所述变量包括：车辆之间的间距、车辆的相对速度和车辆的加速度；根据所述双向自主车队的结构确定所述车队的结构数学模型；根据受力分析确定所述车辆动态模型；根据所述车队的结构数学模型和所述车辆动态模型求得车队状态空间模型，根据所述车队状态空间模型求解所述控制器运行参数；根据所述控制器运行参数和控制器运行变量求解所述车辆的加速度；所述车辆根据所述加速度控制纵向编队。

【技术特征摘要】
1.一种双向自主车队控制方法，其特征在于，包括：
双向自主车队中的车辆的控制器接收安装于所述车辆前后两端的传感器
发送的车辆控制器运行变量，所述变量包括：车辆之间的间距、车辆的相对
速度和车辆的加速度；
根据所述双向自主车队的结构确定所述车队的结构数学模型；
根据受力分析确定所述车辆动态模型；
根据所述车队的结构数学模型和所述车辆动态模型求得车队状态空间模
型，根据所述车队状态空间模型求解所述控制器运行参数；
根据所述控制器运行参数和控制器运行变量求解所述车辆的加速度；
所述车辆根据所述加速度控制纵向编队。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述双向自主
车队的结构确定所述车队的结构数学模型，包括：
所述车队由车辆之间的间距、车辆的速度、车辆长度以及时间间隔确定
所述纵向车队的结构数学模型
δi＝zi-1-zi-Li-hvi(1)
其中，所述δi为第i辆车与第i-1辆车的车间距离误差，所述zi-1为第i-1
辆车的位置，所述zi为第i辆车的位置，所述Li为第i辆车的长度，所述h为
时间常数，所述vi为第i辆车的速度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据受力分析确定所
述车辆动态模型，包括：
对所述车辆进行受力分析得到所述车辆的非线性动态模型
其中，所述是加速度的一阶导数，所述ci是执行器输入且ci≥0和
ci<0分别表示油门输入和刹车输入，所述σ是空气质量常数，所述mi是车
辆的质量，所述Ai是车辆的横截面积，所述cdi为拽力系数，所述dmi是机械拽
力，所述是发动机时间常数；
根据反馈线性化方法，将
代入所述非线性动态模型，得到线性化车辆动态模型
其中，所述不确定性是勒贝格可测函数，所述延时τi(t)是时
变函数，所述为控制器。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述根据所述车队的
机构数学模型和所述车辆动态模型求得车队状态空间模型，根据所述车队状
态空间模型求解所述控制器运行参数，包括：
根据所述车辆动态模型以及所述车队结构数学模型得到车队状态空间模
型为
x·i(t)=A‾ixi(t)+B‾iusati(t-τi(t))+Bdidi(t),yi(t)=Ci[xi,xi+1]T,---(5)]]>其中，所述xi(t)为车队状态，所述yi(t)为车队的测量输出，所述为
状态矩阵，所述控制矩阵，所述Bdi为干扰矩阵，所述Ci为输出矩阵；
根据所述车队状态空间模型定义李雅...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳伟，郭戈，王丽媛，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21