一种严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制方法及系统。首先，获取整个路段队列里所有车辆的相关运动状态信息；其次，构建系统模型；再次，设计控制器；本发明专利技术将队列的避撞性与紧凑性描述为对车间距误差的有界约束。引入车间距势函数，并将势函数的偏导项添加到鲁棒控制器中。可实现队列车辆协同控制。

【技术实现步骤摘要】
一种严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制方法及系统
本专利技术涉及智能交通系统领域，具体为一种严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制方法及系统。
技术介绍
车辆编队行驶是一种提高道路通行率、降低行驶能耗、提高交通安全的有效途径。随着车车通信(V2V)、车路通信(V2I)、先进车载传感器和智能控制等智能网联技术的发展，队列中车与车之间可实现信息交互，并通过智能控制技术实现协同编队行驶，从而实现更小的车间距，进一步提升交通效率和燃油经济性。保证车辆一致行驶速度和期望空间构型的队列协同控制技术是智能网联车辆队列的关键技术，直接影响到队列安全性。目前，已有部分专利着眼于车辆队列控制。例如，CN105551306A设计了一种基于鱼群效应的车队避撞系统以及避撞方法，利用基于鱼群效应的运动学模型计算出车辆避撞的加速度信息，并通过人机交互模块提供给驾驶员，实现车队的协同避撞。CN105313891A设计了一种多车协同避撞方法及装置，此种方法通过设定制动阈值可以有效利用制动车辆队列中各车间的制动空间进行控制，实现车辆相对位置的均匀分布，从而有效避免碰撞或者减轻碰撞损伤程度并提高制动过程的乘坐舒适性。CN110827535A设计了一种非线性车辆队列协同自适应抗扰纵向控制方法，基于稳定性原理设计下层速度跟踪控制器，能在未知扰动作用下保证系统的稳定性。上述技术对于提高车辆队列行驶安全性具有积极意义，但其或者仅提供警示信息，或者仅从单方面考虑车队车辆间行驶速度以及空间构型，未考虑将两个方面协同起来考虑。而在实际应用中，保证车辆一致行驶速度和期望空间构型的队列协同控制，将有利于进一步提升队列行驶安全性和效率。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制器设计方法，来进一步提高队列行驶安全性以及效率，并且克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制方法，包括步骤1，获取整个路段队列中所有车辆的相关运动状态信息；步骤2，构建车辆动力学模型、分析构建通信拓扑模型、构建车间距模型、构建车队控制目标以获得综合系统模型；步骤3，通过综合系统模型，设计分布式鲁棒控制器。作为本专利技术的进一步改进，步骤1中，车辆的相关运动状态信息包括车辆自身速度、加速度与前后车辆的间距。作为本专利技术的进一步改进，步骤1和步骤2之间还关联有步骤A1，该步骤A1包括云端或者队列中其中一车辆上的中央控制器通过集中式优化计算得到队列期望速度曲线，并通过车路通信或者车车通信间歇地发送给每一辆车，每一辆车辆获取邻近车辆的实时状态信息，并通过实时状态信息获取自车状态信息，生成分布式控制率。作为本专利技术的进一步改进，步骤2中构建车辆动力学模型包括包含复杂不确定性与外部干扰的二阶非线性车辆纵向动力学模型。作为本专利技术的进一步改进，步骤2中构建车间距模型包括设置允许车间距误差，该允许误差包括采用前后车的位移以及车身长度定义车间距函数，并设置期望车间距为固定常数获得车间距误差函数，基于车间距误差函数设置允许车间距误差区间。作为本专利技术的进一步改进，步骤2中构建车队控制目标引入车间距势函数，其函数为其中ei,m、ei,M分别为最小、最大允许车间距误差，满足ei,m<0<ei,M，且Ui,i-1(ei)≥0,当且仅当ei＝0时取等号；Ui,i-1(ei)一阶连续可导；当ei＞0时,有当ei＜0时,有作为本专利技术的进一步改进，步骤3中，分布式鲁棒控制器包括每辆车根据预设的分布式控制率，计算纵向控制力输入，其包括两部分名义动力学控制力，分别为和其中：κi＞0，为可调控制参数；分别为车辆质量、风阻系数、外部阻力(包含坡道阻力以及轮胎阻力)的名义量，vi、ui分别车辆速度和控制力输入，其中，其中，为偏导符号，总的名义动力学控制力为Pi,1+Pi,2。作为本专利技术的进一步改进，步骤3中，还包括计算动力学不确定控制力，其设定为其中式中：εi(0)＞0，hi为正常数；总的控制力为ui＝pi,1+pi,2+pi,3。一种严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制系统，包括上述任一改进的分布式鲁棒控制器。本专利技术的有益效果，将队列的避撞性与紧凑性描述为对车间距误差的有界约束。引入车间距势函数，并将势函数的偏导项添加到鲁棒控制器中。有效地提高了队列行驶地安全性、经济性和效率。附图说明图1为本专利技术车辆队列巡航示意图；图2为本专利技术技术路线示意图。具体实施方式下面将结合附图所给出的实施例对本专利技术做进一步的详述。参照图1-2所示，本实施例的本专利技术提供一种严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制器设计方法，其包括：步骤1，获取整个路段队列中所有车辆的相关运动状态信息。步骤2，构建综合系统模型。步骤3，设计分布式鲁棒控制器。步骤1中，采集的车辆运动状态信息包括：车辆自身速度、加速度与前后车辆的间距。本专利考虑如图1所示智能网联车队的分布式控制问题。该队列包含n辆车，依次标号为1,2,…,n。xi、li分别表示第i(i∈χn,χn＝{1,2,…,n})辆车的位移和车身长度。di表示第i(i∈χn且i≠1)辆车与其前车的距离。假定每辆车都具备车车通信、车路通信功能，且装载全球定位系统(GPS)、惯导设备和自主式传感器。GPS和惯导设备可用于准确测量自车的速度、加速度等状态信息。自主式传感器(毫米波雷达等)可用于测量自车与前后车的距离。具体的控制流程为：位于云端或者队列中某车上的中央控制器(图中虚拟头车)通过集中式优化计算得到队列期望速度曲线，并通过车路通信或者车车通信间歇地发送给每一辆车(图中虚线)。另外每辆车能通过V2V获取邻近车辆的实时状态信息(图中实线)。每辆车基于这些信息并结合测得的自车状态信息，生成分布式控制率，实现队列车速的稳定跟随与车间距的保持。步骤2中，步骤2.1：构建车辆动力学模型。考虑到实际车辆动力学参数很难被准确辨识，同时还存在复杂的外部干扰，因此本专利建立如下包含复杂不确定性与外部干扰的二阶非线性车辆纵向动力学模型：式中：vi、ui分别车辆速度和控制力输入；分别为车辆质量、风阻系数、外部阻力(包含坡道阻力以及轮胎阻力)的名义量；它们对应的不确定量分别为ΔMi、Δci、ΔFi。这些不确定量是时变且未知的。期望速度vr对每辆车都是已知的，因此可分别定义t时刻的车辆位移误差及速度误差为结合车辆的纵向动力学模型，误差动力学方程可表示为为了公式简洁性，在不产生混淆的前提下，后文出现的符号将省去括号里面的参数，并定义如下符号：则有ΔDi＝DiE为了简化后续推导，结合上述定义本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制方法，其特征在于，包括/n步骤1，获取整个路段队列中所有车辆的相关运动状态信息；/n步骤2，构建车辆动力学模型、分析构建通信拓扑模型、构建车间距模型、构建车队控制目标以获得综合系统模型；/n步骤3，通过综合系统模型，设计分布式鲁棒控制器。/n

【技术特征摘要】
1.一种严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制方法，其特征在于，包括
步骤1，获取整个路段队列中所有车辆的相关运动状态信息；
步骤2，构建车辆动力学模型、分析构建通信拓扑模型、构建车间距模型、构建车队控制目标以获得综合系统模型；
步骤3，通过综合系统模型，设计分布式鲁棒控制器。


2.根据权利要求1所述的严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制方法，其特征在于，步骤1中，车辆的相关运动状态信息包括车辆自身速度、加速度与前后车辆的间距。


3.根据权利要求2所述的严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制方法，其特征在于，步骤1和步骤2之间还关联有步骤A1，该步骤A1包括云端或者队列中其中一车辆上的中央控制器通过集中式优化计算得到队列期望速度曲线，并通过车路通信或者车车通信间歇地发送给每一辆车，每一辆车辆获取邻近车辆的实时状态信息，并通过实时状态信息获取自车状态信息，生成分布式控制率。


4.根据权利要求3所述的严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制方法，其特征在于，步骤2中构建车辆动力学模型包括包含复杂不确定性与外部干扰的二阶非线性车辆纵向动力学模型。


5.根据权利要求4所述的严格避撞的车辆队列分布式鲁棒控制方法，其特征在于，步骤2中构建车间距模型包括设置允许车间距误差，该允许误差包括采用前后车的位移以及车身长度定义车间距函数，并设置期望车间距为固定常数获得车间距误差函数，基于车间距误差函数设置允许车间距...

【专利技术属性】
技术研发人员：江浩斌，胡子牛，边有钢，刘擎超，杨泽宇，江绍康，吴明康，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32