基于量子门和自适应控制的类弹簧车辆跟驰模型建立方法技术

本发明专利技术公开了一种基于量子门和自适应控制的类弹簧车辆跟驰模型建立方法，该方法包括以下步骤：根据跟驰车、前车的具体情况建立类弹簧车辆跟驰模型；引入前车和跟驰车的速度差作为反馈量设置反馈控制条件，使跟驰车速度稳定；加入自适应控制条件来替换类弹簧车辆跟驰模型中难以测量的参数；当前车因为某些原因减速或抛锚停止时，根据跟驰车的与前车的速度以及两车间的距离因素，设置跟驰车变道绕行的规则；该建模方法通过加入自适应控制，反馈控制和换道控制，优化车辆跟驰系统模型，从而减缓交通堵塞，减少车辆延误，提高交通路网的使用率，减少尾气排放和噪声污染及能源消耗，并及时为道路使用者提供必要的交通状况信息，增加交通安全。

【技术实现步骤摘要】
基于量子门和自适应控制的类弹簧车辆跟驰模型建立方法
本专利技术涉及建立一种车辆跟驰模型建模方法，特别是涉及一种基于量子门和自适应控制的类弹簧车辆跟驰模型建立方法。
技术介绍
20世纪40年代末，经济得到极快发展，交通问题日益严重迫使炫多国家开始研究交通流基础理论和交通管理。到了80年代，随着计算机的发展，对交通流特性的研究采用了微观交通流仿真模型。跟驰模型作为微观交通仿真模型所必须的基本组成部分，其研究工作得到人们的重视。近年来，随着ITS(intelligenttransportationsystem)的提出与发展，出于对交通流特性以及车辆在ITS下的控制的了解需要，跟驰理论再一次成为研究热点。在新技术的推动下，对跟驰理论的研究一方面是对更细致的微观行为进行更深入的研究，另一方面是与宏观交通流特性的研究结合得更加紧密。1953年Pipes建立了车辆跟驰模型，并给出了解析结果，标志着车辆跟驰模型解析方法的研究开始。60年代，一大批学者开始着手研究车辆跟驰模型。80年代，车辆跟驰模型的研究进展缓慢，主要是对早期问题进行更深入的研究。最近，随着车辆自动智能巡航系统、驾驶员信息诱导系统和智能交通运输系统的开发，车辆跟驰模型的研究又成为一个热点。GM模型是上世纪50年代提出的车辆跟驰模型。此模型假设车辆在75英尺内不变换车道，也不超车的情况下，由驾驶动力学模型推导过来。并引入了反应＝灵敏度*刺激。GM模型简单，有明确的物理意义，在早起来看，这模型具有开创意义。当然，此模型也有许多缺陷，模型自己存在着许多矛盾，而且此模型不能用于变道车辆。Helly在GM模型的基础上提出了线性模型。在线性模型里面，Helly考虑了前车是否制动减速对后车加速度的影响项。比起GM模型，线性模型更优势，但其通用性较差。Kometani和Sasaki提出了安全距离模型，也叫防撞模型。此模型不是基于GM模型，而是选择一个临界距离，当前车突然变速，两车间距离小于临界距离，就有可能发生碰撞。此模型被广泛的运用于计算机仿真中。尽管模型很合理，但任然存在许多问题，当用此模型分析问题，那很难和实际最大交通流温和。还有反应点模型，模糊推理模型等被提出，但总不能完全符合实际要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述
技术介绍
的不足，提供一种加入自适应控制、反馈控制和换道控制的车辆跟驰系统模型，优化车辆跟驰系统模型，从而减缓交通堵塞。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：基于量子门和自适应控制的类弹簧车辆跟驰模型建立方法，该方法包括以下步骤：根据跟驰车、前车的具体情况建立类弹簧车辆跟驰模型，引入前车和跟驰车的速度差作为反馈量设置反馈控制条件，使跟驰车速度稳定；并且加入自适应控制条件来替换类弹簧车辆跟驰模型中难以测量的参数；当前车因为某些原因减速或抛锚停止时，根据跟驰车的与前车的速度以及两车间的距离因素，设置跟驰车变道绕行的规则。所述类弹簧车辆跟驰模型具体为：其中，l1(t)为模型中前车位置，l2(t)为模型中跟驰车位置，l为模型中两车之间的安全距离，k为模型中的弹簧弹性系数，m跟驰车的质量；将式(1)转换成一维谐振子的模型如式子(2)其中，X,A,B,u,w由式(4)给出：其中，v2(t)为模型中跟驰车速度，A是系统矩阵，B是输入控制矩阵，x是系统状态，u为系统输入；w2是一个中间参数，引入前车和跟驰车的速度差作为反馈量设置反馈控制条件，使跟驰车速度稳定具体过程为：u1＝v1(t)-v2(t)(6)其中v1(t)是模型中前车的速度，v2(t)是模型中跟驰车的速度，u1是反馈量，为前车速度与跟驰车速度的速度差，q为反馈系数；X,A,B,u,w由式(4)给出。其中，w2是一个中间参数，所述的自适应控制条件具体为：其中，F*、K*是中间参数，通过Bm＝BK*求得；F(t)，K(t)为自适应控制率，P、R1-1和R2-1均为任意对称正定矩阵，Bm为参考模型的输入矩阵，e为实际模型和参考模型的状态误差，xm为参考模型的系统状态。所述跟驰车变道绕行的规则具体为：规则(a)，当跟驰车速度大于1.05倍的前车速度，且跟驰车和前车之间的距离小于4倍的安全距离，跟驰车计划变道；此时，当跟驰车与相邻车道的前车之间的距离大于2倍的跟驰车与本车道前车之间的距离，跟驰车与相邻车道后车之间的距离大于安全距离，安全条件达成，跟驰车变道；规则(b)，当跟驰车和前车之间的距离小于2倍的安全距离，跟驰车与相邻车道的前车之间的距离大于跟驰车与本车道前车之间的距离，跟驰车计划变道；此时，当跟驰车与相邻车道后车之间的距离大于安全距离，安全条件达成，跟驰车变道。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术所述一种基于自适应控制，反馈控制和量子门换道的车辆跟驰系统模型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：跟驰车速度稳定，可以避开某些参数难以测量的问题，量子门使运算更加快捷，模型具有缓解交通堵塞的能力。车辆跟驰系统是交通控制的重要组成部分，对于整个交通系统的安全性能和通行能力有着非常重要的作用。通过加入自适应控制，反馈控制和换道控制，优化车辆跟驰系统模型，从而减缓交通堵塞，减少车辆延误，提高交通路网的使用率，减少尾气排放和噪声污染及能源消耗,并及时为道路使用者提供必要的交通状况信息,增加交通安全。附图说明图1为本专利技术中控制方案的方框图；图2为本专利技术中类弹簧车辆跟驰模型的示意图；图3为应用本专利技术中一种针对类弹簧车辆跟驰模型的换道算法设计的示意图；图4为应用本专利技术中类弹簧车辆跟驰模型，类弹簧反馈车辆跟驰模型和类弹簧自适应车辆跟驰模型的跟驰车速度曲线；图5为应用本专利技术中类弹簧车辆跟驰模型，类弹簧反馈车辆跟驰模型和类弹簧自适应车辆跟驰模型的跟驰车有干扰时的速度曲线；图6为应用本专利技术中类弹簧车辆跟驰模型，类弹簧反馈车辆跟驰模型和类弹簧自适应车辆跟驰模型的跟驰车换道时的速度曲线。具体实施方式本专利技术提供一种基于量子门和自适应控制的类弹簧车辆跟驰模型建立方法，为使本专利技术的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本实施例中，被研究的车辆跟驰模型如图1、图2，本专利技术中使用了类弹簧车辆跟驰模型。当跟驰车和前车距离太近时，跟驰车会减速来远离前车，来保持安全距离。当跟驰车和前车距离太远时，跟驰车会加速来靠近前车，就犹如跟驰车与前车之间有一个弹簧相连。根据这一生活中的特性，建立了类弹簧车辆跟驰模型；该方法包括以下步骤：根据跟驰车、前车的具体情况建立类弹簧车辆跟驰模型，引入前车和跟驰车的速度差作为反馈量设置反馈控制条件，使跟驰车速度稳定；加入自适应控制条件来替换类弹簧车辆跟驰模型中难以测量的参数；当前车因为某些原因减速或抛锚停止时，根据跟驰车的与前车的速度以及两车间的距离因素，设置跟驰车变道绕行的规则。具体的说，本专利技术设计的类弹簧车辆跟驰模型，具体模型如下所示：将式子(1)转换成一维谐振子的模型如式子(2)其中，x,A,B,u,w由式(4)给出：其中，l1(t)为模型中前车位置，l2(t)为模型中跟驰车位置，l为模型中两车之间的安全距离，k为模型中的弹簧弹性系数，m跟驰车的本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于量子门和自适应控制的类弹簧车辆跟驰模型建立方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：根据跟驰车、前车的具体情况建立类弹簧车辆跟驰模型，引入前车和跟驰车的速度差作为反馈量设置反馈控制条件，使跟驰车速度稳定；并且加入自适应控制条件来替换类弹簧车辆跟驰模型中难以测量的参数；当前车因为某些原因减速或抛锚停止时，根据跟驰车的与前车的速度以及两车间的距离因素，设置跟驰车变道绕行的规则。

【技术特征摘要】
1.基于量子门和自适应控制的类弹簧车辆跟驰模型建立方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：根据跟驰车、前车的具体情况建立类弹簧车辆跟驰模型，引入前车和跟驰车的速度差作为反馈量设置反馈控制条件，使跟驰车速度稳定；并且加入自适应控制条件来替换类弹簧车辆跟驰模型中难以测量的参数；当前车因为某些原因减速或抛锚停止时，根据跟驰车的与前车的速度以及两车间的距离因素，设置跟驰车变道绕行的规则；引入前车和跟驰车的速度差作为反馈量设置反馈控制条件，使跟驰车速度稳定具体过程为：u1＝v1(t)-v2(t)(6)其中v1(t)是模型中前车的速度，v2(t)是模型中跟驰车的速度，u1是反馈量，为前车速度与跟驰车速度的速度差，q为反馈系数；X,A,B,u,w由式(4)给出；所述的反馈系数q满足其中，w2是一个中间参数，所述跟驰车变道绕行的规则具体为：规则(a)，当跟驰车速度大于1.05倍的前车速度，且跟驰车和前车之间的距离小于4倍的安全距离，跟驰车计划变道；此时，当跟驰车与相邻车道的前车之间的距离大于2倍的跟驰车与本车道前车之间的距离，跟驰车与相邻车道后车之间的距离大于安全距离，安全条件达成，跟驰车变道；规则...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈复扬，陈希韬，雷稳，徐后椽，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32