以节能为导向的多车队列系统稳定协同控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种以节能为导向的多车队列系统稳定协同控制方法及装置，该方法包括：1)被控车辆采取领航车、相邻车、自身的实时状态信息；2)根据收集到的轮毂电机的能量效率和道路信息，建立能量最优速度规划问题，通过动态规划方法求解该问题获得能量最优速度；3)收集队列中各跟随车能量最优速度后，建立一种能量最优车间距策略，控制队列在该车间距策略下行驶；4)根据能量最优车间距策略，通过运用队列稳定鲁棒协同控制算法实现队列系统稳定。本发明专利技术控制方法设计了一种新型的能量最优车间距策略，可以实现各跟随车车速在空间上的一致，突破了固定时距和固定车间距策略只能保证跟随车在时间域上与领航车车速一致的问题。跟随车在时间域上与领航车车速一致的问题。跟随车在时间域上与领航车车速一致的问题。

【技术实现步骤摘要】
以节能为导向的多车队列系统稳定协同控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种以节能为导向的多车队列系统稳定协同控制方法及装置，属于多车队列控制领域。

技术介绍

[0002]节能是现代汽车的一个重要标志，也是衡量车辆综合性能的一个重要指标。对于现代车辆而言，除通过改变车辆底盘结构以采用新型能源驱动外，另一个有效降低车辆能耗的途径为组成多车队列系统。在多车队列系统中，车辆可缩小相互间的跟车距离来形成连续的车流以降低空气阻力，达到能耗降低的目的。
[0003]如申请号为：CN201810178137.4，申请名称为：一种基于动态规划算法的电动汽车能量管理和行驶方法的专利申请中，公开了一种基于动态规划算法的电动汽车能量管理和行驶方法，包括分布式电动汽车的轮毂电机测功；利用地理信息系统及车辆定位装置获取信息求出道路坡度信息；利用车况监测装置获取自身状态以及前车的状态；基于动态规划算法递归地求出电动汽车行驶过程中全局最优的分配力矩和行驶方法，但仅适用于单辆电动汽车，无法针对多车队列系统做出适用。
[0004]同时，从队列节能的角度出发，仅靠维持紧凑的几何构型来减小风阻是远远不够的。为了进一步提升队列系统的节能性，许多学者从实现车辆最佳能量效率的角度对多车队列系统进行了研究，但大多都未考虑队列稳定问题。
[0005]当队列中存在外界干扰和通信时滞时，忽略队列稳定性可能会使车辆对最优能量速度的跟踪性变差，从而额外地增加能量损耗。
[0006]此外，现有的车间距策略，包括固定车间距策略和固定时距策略，都最终驱使跟随车的速度在时间域上与领航车保持一致，本质上难以实现车辆的能量效率最优。例如领航车在上坡时车速降低，行驶在平路上的跟随车也会跟随领航车降低车速，这样就增加了队列中的能量损耗。
[0007]专利技术一种能使车辆行驶速度在空间域上保持一致的变间距策略可以实现车辆能量最优，减少因不必要的加减速而带来的能量损耗。
[0008]然而队列在能量最优速度下行驶可能会影响队列的稳定性，顾此失彼，造成严重的安全问题。
[0009]因此，设计一种以节能为导向的多车队列系统稳定协同控制方法及装置，对现有的多车队列控制和未来的无人驾驶领域具有重要意义。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种可以使车辆队列在能量最优速度下行驶，且不会影响队列的稳定性的多车队列系统稳定协同控制方法及适配该方法的装置。
[0011]本专利技术公开了一种以节能为导向的多车队列系统稳定协同控制方法，用于实现车辆能量效率最佳并保持队列行驶的稳定性，为智能网联汽车提供技术支持；包括智能交通
系统下由智能网联汽车组成的具有一定几何构型的队列系统及队列协同控制方法；所述队列系统中包括有领航车和跟随车；
[0012]所述队列协同控制方法包括以下步骤：
[0013]步骤一、在所述队列系统中，所有车辆均采集当前车辆的实时状态信息，以及获取领航车和当前车辆的前方车辆的实时状态信息；
[0014]步骤二、当前车辆根据收集到的轮毂电机的能量效率和道路坡度信息，建立能量最优速度规划问题，并通过动态规划方法求解该问题获得能量最优速度；
[0015]步骤三、收集队列中各跟随车能量最优速度后，建立一种可有效避免车辆碰撞的发生的能量最优车间距策略，控制队列在该车间距策略下行驶；
[0016]步骤四、根据能量最优车间距策略给出控制律，建立离散匀质队列模型，通过运用队列稳定鲁棒协同控制算法得出的新的控制律，使得队列系统在新的控制律下实现队列系统稳定。
[0017]所述队列系统稳定，即整个队列自前而后的实现距离误差和速度误差在干扰下的收敛。
[0018]进一步的，在所述步骤二中，速度规划问题仅对单车系统在自由道路上行驶的情景进行求解，所述能量最优速度规划问题为：
[0019][0020]其中，F
X
为保持车辆运动的纵向合力；给队列中车辆编号，假设领航车编号为0，沿着队列跟随车按1，2，
…
编号依次增大，J
v，i
为队列中第i辆跟随车的速度规划问题；令队列需要行驶的总路程为D，假设其可被等距分割为n
D
份，且每份记为ΔD；
[0021]P
io，f/r
和P
ii，f/r
为轮毂电机分别在驱动和制动模式下的功率，f表示前轮，r表示后轮；
[0022]Λ
i
＝diag{sign(1+I
d，f
)，sign(1+I
d，r
)，sign(1
‑
I
d，f
)，sign(1
‑
I
d，r
)}，sign(
■
)为符号函数，I
d，f/r
表示电机的工作状态，I
d，f/r
＝1为驱动状态，I
d，f/r
＝
‑
1为制动状态；
[0023]V
min
≤V
i
(j)≤V
max
，a
max
，V
min
和V
max
分别是车辆所允许的最大和最小车速，a
min
和a
max
为车辆所允许的最小和最大加速度。
[0024]进一步的，在所述步骤三中，所述能量最优车间距策略为：
[0025][0026]式中大于零，大于零，分别为固定车间距策略下第i
‑
1辆和第i辆跟随车在k时刻的理想位移，为在能量最优车速下的理想位移；D
id
为固定车间距策略下相邻车间的理想车间距；
[0027]进一步的，在所述步骤四中，所述控制率表达方程为：
[0028]u
i
(k)＝λ1(ξ
i
(k)
‑
ξ
i
‑1(k))+λ2(ζ
i
(k)
‑
ζ
i
‑1(k))+λ3ξ
i
(k
‑
ε
t
(k))+λ4ζ
i
(k
‑
ε
t
(k))
[0029]其中，ξ
i
(k)为跟随车与领航车之间在k时刻的车间距误差，ξ
i
(k)＝S0(k)
‑
S
i
(k)
‑
κ
i
(k)+iD
id
，S
0/i
(k)分别为领航车和第i辆跟随车在k时刻的实际位移；ζ
i
(k)为跟随车与领航
车之间在k时刻的速度误差，V
0/i
(k)分别为领航车和第i辆跟随车在k时刻的纵向车速，分别为领航车和第i辆跟随车在能量最优车间距策本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以节能为导向的多车队列系统稳定协同控制方法，其特征在于：包括智能交通系统下由智能网联汽车组成的具有一定几何构型的队列系统及队列协同控制方法；所述队列系统中包括有领航车和跟随车；所述队列协同控制方法包括以下步骤：步骤一、在所述队列系统中，所有车辆均采集当前车辆的实时状态信息，以及获取领航车和当前车辆的前方车辆的实时状态信息；步骤二、当前车辆根据收集到的轮毂电机的能量效率和道路坡度信息，建立能量最优速度规划问题，并通过动态规划方法求解该问题获得能量最优速度；步骤三、收集队列中各跟随车能量最优速度后，建立一种可有效避免车辆碰撞的发生的能量最优车间距策略，控制队列在该车间距策略下行驶；步骤四、根据能量最优车间距策略给出控制律，建立离散匀质队列模型，通过运用队列稳定鲁棒协同控制算法得出的新的控制律，使得队列系统在新的控制律下实现队列系统稳定。2.根据权利要求1所述的以节能为导向的多车队列系统稳定协同控制方法，其特征在于：在所述步骤二中，所述能量最优速度规划问题为：其中，F
X
为保持车辆运动的纵向合力；给队列中车辆编号，假设领航车编号为0，沿着队列跟随车按1，2，
…
编号依次增大，J
v，i
为队列中第i辆跟随车的速度规划问题；令队列需要行驶的总路程为D，假设其可被等距分割为n
D
份，且每份记为ΔD；P
io，f/r
和P
ii，f/r
为轮毂电机分别在驱动和制动模式下的功率，f表示前轮，r表示后轮；Λ
i
＝diag{sign(1+I
d，f
)，sign(1+I
d，r
)，sign(1
‑
I
d，f
)，sign(1
‑
I
d，r
)}，sign(
■
)为符号函数，I
d，f/r
表示电机的工作状态，I
d，f/r
＝1为驱动状态，I
d，f/r
＝
‑
1为制动状态；V
min
≤V
i
(j)≤V
max
，V
min
和V
max
分别是车辆所允许的最大和最小车速，a
min
和a
max
为车辆所允许的最小和最大加速度。3.根据权利要求1所述的以节能为导向的多车队列系统稳定协同控制方法，其特征在于：在所述步骤三中，所述能量最优车间距策略为：式中大于零，大于零，分别为固定车间距策略下第i
‑
1辆和第i辆跟随车在k时刻的理想位移，为在能量最优车速下的理想位移；D
id
为固定车间距策略下相邻车间的理想车间距；4.根据权利要求1中所述的以节能为导向的多车队列系统稳定协同控制方法，其特征在于：在所述步骤四中，所述控制率表达方程为：u
i
(k)＝λ1(ξ
i
(k)
‑
ξ
i
‑1(k))+λ2(ζ
i
(k)
‑
ζ
i
‑1(k))+λ3ξ
i
(k
‑
ε
t
(k))+λ4ζ
i
(k
‑
ε
t
(k))其中，ξ
i
(k)为跟随车与领航车之间在k时刻的车间距误差，ξ
i
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐利伟，徐明诚，殷国栋，刘赢，采国顺，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：