一种考虑曲线路况的网联车辆队列控制方法技术

本发明专利技术提供一种考虑曲线路况的网联车辆队列控制方法，包括以下步骤：考虑在曲线道路上行驶的多辆车组成的匀质车辆队列，通过无线通信获取前车的位置和速度信息，然后通过控制器的作用实现跟随车与领队车之间的速度跟踪以及相邻两辆车之间的距离保持，建立车辆队列跟踪控制系统模型；设定参数的值；对具有延时、切换的车辆队列跟踪控制系统进行稳定性分析；根据矩阵不等式求解控制增益；若不存在可行解，则重新设置标量的值求解式；计算平均驻留时间并判断各参数以及增益是否满足定理1中条件；若不满足，则重新设置参数的值并重复，直至条件成立。本发明专利技术针对曲线路况下车辆通信丢包和执行器延时问题，建立了具有切换、时延的车辆队列控制系统。辆队列控制系统。辆队列控制系统。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑曲线路况的网联车辆队列控制方法


[0001]本专利技术涉及车辆控制方法的
，具体而言，尤其涉及一种考虑曲线路况的网联车辆队列控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，车辆队列控制由于在缓解交通拥堵，减少空气污染方面具有巨大潜力而受到广泛关注
[1
‑
3]。车辆队列控制的目标是使队列中的车辆保持期望的距离且以相同的速度行驶。较小的车间距有助于增加道路容量，缓解交通拥堵，同时有效降低队列中车辆受到的空气阻力，从而减少能源消耗和空气污染。因此，对车辆队列控制展开相关研究具有重大意义
[4]。
[0003]目前，相关学者已经从间距策略
[5]、车间通信
[6]、通信拓扑结构
[7]、以及车辆控制策略
[8]等方面对车辆队列控制展开了相关研究。其中，稳定可靠的车间通信是实现车辆队列控制目标的关键因素之一。由于车辆的
[0004]高速运动以及通信网络的有限带宽等因素可能会导致所传输的数据包丢失，从而影响车辆队列系统的稳定性。文献
[9]针对车辆自组织网络中的容量限制以及伯努利随机丢包问题，设计了一种车队控制算法，解决了网络冲突问题，并且满足了车辆队列稳定性和零稳态距离误差的要求。文献
[10]考虑车间通信时存在的网络诱导延迟、丢包以及量化误差对系统产生的影响，利用分层控制方法，保证了单车稳定性和队列稳定性。然而，上述研究主要针对直线路况下的车辆队列控制中的丢包问题，忽略了曲线路况本身对车辆控制系统的影响。
[0005]相比于直线路况，曲线路况下的车辆队列控制需要考虑车辆的航向角、横摆角、道路坡度角等因素以及车辆坐标系和大地坐标系之间的坐标变换。例如，文献
[11]考虑了曲线道路上的车辆跟踪控制问题，设计了一种三步非线性控制律来实现车辆间的速度跟踪与距离保持，并通过李雅普诺夫稳定性理论分析了车辆间速度误差和距离误差的稳定性。文献
[12]针对曲线道路上的网联车队具有强耦合、非线性和过驱动的特点，提出了一种协作式自适应车队控制策略并
[0006]结合李雅普诺夫稳定性理论保证了闭环控制系统的有界性。文献
[13]提出了一种Looking
‑
ahead方法来避免车辆队列横向与纵向协同控制中出现跟随车过早转弯的情况，实现了车辆队列控制的目标。值得注意的是，上述研究虽然考虑了曲线路况下的车辆队列控制问题，但是忽略了不可靠车间通信(丢包、延时)对控制系统的影响。
[0007]参考文件：
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60.
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‑
12230.

技术实现思路

[0030]根据上述
技术介绍
中提到的技术问题，而提供一种考虑曲线路况的网联车辆队列控制方法。本专利技术采用的技术手段如下：
[0031]一种考虑曲线路况的网联车辆队列控制方法，包括以下步骤：
[0032]步骤1：考虑在曲线道路上行驶的n+1辆车组成的匀质车辆队列，通过无线通信获取前车的位置和速度信息，然后通过控制器的作用实现跟随车与领队车之间的速度跟踪以及相邻两辆车之间的距离保持，建立车辆队列跟踪控制系统模型；设定参数β
σ
,μ以及γ的值
[0033]步骤2：对具有延时、切换的车辆队列跟踪控制系统进行稳定性分析；根据矩阵不等式求解控制增益K1,K2；若不存在可行解，则重新设置标量β
σ
,μ以及γ的值求解式(27)；
[0034]步骤3：计算平均驻留时间T
a
并判断各参数以及增益K1,K2是否满足定理1中条件；若不满足，则重新设置参数的值并重复步骤2，直至条件成立。
[0035]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0036]1)针对曲线路况下车辆通信丢包和执行器延时问题，建立了具有切换、时延的车辆队列控制系统；2)结合切换系统理论与李雅普诺夫稳定性理论，得到了能够保证车辆队列跟踪控制系统稳定的控制器存在条件。最后，通过SIMULINK仿真实验，验证了所设计的控制算法的有效性。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑曲线路况的网联车辆队列控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：考虑在曲线道路上行驶的n+1辆车组成的匀质车辆队列，通过无线通信获取前车的位置和速度信息，然后通过控制器的作用实现跟随车与领队车之间的速度跟踪以及相邻两辆车之间的距离保持，建立车辆队列跟踪控制系统模型；设定参数β
σ
,μ以及γ的值；步骤2：对具有延时、切换的车辆队列跟踪控制系统进行稳定性分析；根据矩阵不等式求解控制增益K1,K2；若不存在可行解，则重新设置标量β
σ
,μ以及γ的值求解式(27)；步骤3：计算平均驻留时间T
a
并判断各参数以及增益K1,K2是否满足定理1中条件；若不满足，则重新设置参数的值并重复步骤2，直至条件成立。2.根据权利要求1所述的一种考虑曲线路况的网联车辆队列控制方法，其特征在于，所述步骤1中，建立车辆队列跟踪控制系统模型首先需要建立非线性的车辆模型，为：其中，M表示车辆的质量，表示车辆坐标系中车辆i的纵向速度；X
i
和Y
i
分别表示车辆i在笛卡尔坐标系中的横、纵坐标；表示转动惯量；w
i
表示车辆的角速度；θ
i
表示车辆的航向角；F
iε
表示车辆纵向力；T
iz
表示外部力矩；C
ε
表示纵向等效空气阻力系数；v
f,ε
表示纵向风速；g表示重力加速度；f表示轮胎的滚动阻力系数；ψ
i
表示道路坡度角；假设干扰满足能量有界的条件，即其中表示2
‑
范数；为了便于建立车辆队列控制系统，将所述非线性车辆模型(1)线性化；定义和u
i
＝[F
iε
,T
iz
]
T
分别为所述非线性车辆模型(1)的状态矩阵和输入矩阵，其中，h
i
＝[X
i
,θ
i
]
T
为输出矩阵；将所述非线性车辆模型(1)线性化并解耦为以下的子系统的形式：形式：
其中，表示线性处理后的矩阵的状态矩阵；表示线性处理后的输入矩阵；和表示扰动量，和分别表示和的系数矩阵，具体为：的系数矩阵，具体为：的系数矩阵，具体为：的系数矩阵，具体为：其中：其中：将曲线道路用以下p阶多项式来表示Y(X)＝a0X
p
+a1X
p
‑1+
…
+a
p+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)；其中，X∈{X1,X2,
…
X
n
}，Y∈{Y1,Y2,
…
Y
n
}对于不同的横坐标X
n
，曲线Y(X)上存在唯一的Y
n
与之对应；p表示正整数；a
k
表示常系数，k＝0,
…
p+1；S
i
表示跟随车i沿着曲线道路Y(X)行驶的曲线距离，则S
i
表示为：其中：Y
′
(τ)＝pa0τ
p
‑1+(p
‑
1)a1τ
p
‑2+
…
+a
p
，设β(τ)＝Y
′
(τ)，将S
i
对时间求导并用式(2)中定义的状态量来表示，跟随车i在曲线路况下的车辆动力学模型则表示为：其中：表示车辆i在曲线道路上的速度。
式中涉及的坐标变换和输入为：式中涉及的坐标变换和输入为：这里q
i
是为了使式(8)线性化引入的控制输入，且存在下列关系式：是为了使式(8)线性化引入的控制输入，且存在下列关系式：其中：表示将式(8)线性化后得到的扰动量；同时引入κ
i
和变量用于刻画控制输入与q
i
之间的关系；当车队行驶在曲线道路上时，为了保证队列的紧凑性，通过车辆间的曲线距离误差构建误差表达式；定义δ
i
和分别为跟随则车i和前车之间的距离误差和速度误差，即：其中，S
i
表示跟随车i沿曲线道路行驶的距离；υ
2,i
表示跟随车i的速度。S
d
表示理想的车间距；为了表示领队车与跟随车之间的距离和速度关系，定义和分别表示领队车和跟随车i之间的距离和速度误差，即：其中，表示领队车与跟随车i之间的理想的车间间距；υ<...

【专利技术属性】
技术研发人员：文世喜，邓福桐，何怡文，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：