考虑通信时延的车辆队列稳定性控制方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑通信时延的车辆队列稳定性控制方法，该方法包括：步骤1，建立车辆队列跟驰的数学模型；步骤2，通过反馈线性化策略构造非线性下层控制增益，将节点动力单元描述为节点线性模型；步骤3，建立动力学参数不确定性下车辆队列跟驰控制系统的高维闭环状态方程；步骤4，利用充分条件，给出对称通信拓扑下带通信时延的车辆队列存在镇定控制器的充分条件；步骤5，构造镇定控制器，求得控制器增益，以控制分布式控制器的静态反馈控制，以保证车辆队列跟驰控制系统的稳定性。本发明专利技术方法能保证车辆队列跟驰控制系统的稳定性，减小车辆队列的跟驰间距，增加交通流量，减少能源消耗。

【技术实现步骤摘要】
考虑通信时延的车辆队列稳定性控制方法
本专利技术涉及智能驾驶
，特别是涉及一种考虑通信时延的车辆队列稳定性控制方法。
技术介绍
近年来随着汽车保有量的不断增加，交通拥堵、燃油短缺、空气污染等问题日益加剧。国际研究表明，在高速路行驶过程中，如果让车辆排成队列行驶，则可以通过缩短跟驰间距来改变整体空气动力学阻力，有望提高交通流量，减少燃油消耗。车辆队列通过引入无线通信扩展了成员车的环境感知能力，在保证安全性的基础上采用几何构型更为紧凑的跟驰策略，从而可以提高交通效率，减少能源消耗，是智能交通的重要发展方向。但是时延是无线通信中常见的干扰项，一方面通信系统需要通过调制、解调等过程完成信号的收发，从而造成时间消耗，另一方面，当通信距离不够时，需要通过多跳来实现信息的传递，从而引起额外的时间消耗。这两方面时间消耗也存在于车辆队列中。通信时延的存在会导致反馈信息的滞后，从而使控制器达不到所设计的效果。因此车辆队列中的通信时延也是影响车辆队列稳定性的重要因素。但基于车车通信的车辆队列跟驰控制系统仍有许多问题和缺陷。首先，通信拓扑结构对车辆队列跟驰控制系统稳定性的影响机理仍不清楚，给定控制器增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑通信时延的车辆队列稳定性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，车辆队列包括N+1辆成员车，N为大于1的自然数，建立车辆队列跟驰的数学模型：所述数学模型包括节点动力单元、几何拓扑结构、通信拓扑结构和分布式控制器，一辆所述成员车对应为一个节点，其中，所述节点动力单元根据输入的期望加速度ades，获得期望油门开度αdes或期望制动压力Pdes，控制自车的状态量；所述几何拓扑结构用于确定各所述成员车之间的纵向物理间距；所述通信拓扑结构用于各所述成员车之间的信息交互；所述分布式控制器基于所述通信拓扑结构，利用其它所述成员车的信息，使用静态反馈控制，获取自车的期望加速度ades；步骤2，...

【技术特征摘要】
1.一种考虑通信时延的车辆队列稳定性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，车辆队列包括N+1辆成员车，N为大于1的自然数，建立车辆队列跟驰的数学模型：所述数学模型包括节点动力单元、几何拓扑结构、通信拓扑结构和分布式控制器，一辆所述成员车对应为一个节点，其中，所述节点动力单元根据输入的期望加速度ades，获得期望油门开度αdes或期望制动压力Pdes，控制自车的状态量；所述几何拓扑结构用于确定各所述成员车之间的纵向物理间距；所述通信拓扑结构用于各所述成员车之间的信息交互；所述分布式控制器基于所述通信拓扑结构，利用其它所述成员车的信息，使用静态反馈控制，获取自车的期望加速度ades；步骤2，在步骤1中所述节点动力单元中，通过反馈线性化策略构造非线性下层控制增益，以将所述节点动力单元描述为节点线性模型；步骤3，建立动力学参数不确定性下车辆队列跟驰控制系统的高维闭环状态方程；步骤4，根据步骤3给出的高维闭环状态方程，计算能保证稳定性的通信时延上界，据此给出对称通信拓扑下带通信时延的车辆队列存在镇定控制器的充分条件是：当通信时延小于通信时延上界时，车辆队列系统的镇定控制器存在可行解；步骤5，利用步骤4中给出的车辆队列存在镇定控制器的充分条件，提出低维Riccati不等式，利用该低维Riccati不等式的解，构造镇定控制器，求得控制器增益，以控制所述分布式控制器的静态反馈控制，以保证车辆队列跟驰控制系统的稳定性。2.如权利要求1所述的考虑通信时延的车辆队列稳定性控制方法，其特征在于，所述步骤1中的“所述分布式控制器基于所述通信拓扑结构，利用其它所述成员车的信息，使用静态反馈控制，获取自车的期望加速度ades”包括如下步骤：所述步骤1中的“所述分布式控制器基于所述通信拓扑结构，利用其它所述成员车的信息，使用静态反馈控制，获取自车的期望加速度ades”包括如下步骤：步骤11，求取第i辆车与其接收到的车辆队列中其它成员车之间的状态量差，该状态量差包括第i辆车与其它成员车之间的纵向位置差、纵向速度差和纵向加速度差；步骤12，求取步骤11获得的第i辆车与其它成员车的状态量差之和，该状态量差之和包括第i辆车与其它成员车之间的纵向位置差之和、纵向速度差之和、纵向加速度差之和；步骤13，将步骤12获得的纵向位置差之和、纵向速度差之和、纵向加速度差之和分别乘以各自对应的第i辆车的位置反馈系数k1，速度反馈系数k2，加速度反馈系数k3，步骤5中的控制器增益对应为静态反馈系数K＝{k1，k2，k3}；步骤14，对步骤13获得的状态量进行求和，作为所述分布式控制器输出的所述期望加速度ades；其中，i表示成员车的编号，i＝0、1、2、……N。3.如权利要求2所述的考虑通信时延的车辆队列稳定性控制方法，其特征在于，所述步骤2中的“通过反馈线性化策略构造非线性下层控制增益”具体包括：当所述期望加速度ades≥0时，输出：当所述期望加速度ades＜0时，输出：式(1)和式(2)中，Tedes为保证车辆达到期望加速度ades所需的发动机期望转矩，Tbdes为保证车辆达到期望加速度ades所需的轮边期望制动力矩，rw为车轮滚动半径，m为车辆质量，CA为车辆风阻系数，v为车辆速度，τe为发动机响应时滞，为车辆速度对时间的导数，g为重力加速度，f为车轮滚动摩阻，ηT为车辆传动系统机械效率，i0为车辆主减速器速比，ig为变速器速比，M1P-1(·,·)表示发动机逆M1P图，τb为电控制动系统响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦晓辉，庞涛，王晓伟，胡满江，徐彪，谢国涛，孙宁，钟志华，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43