【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能交通，具体是一种基于分布式模型预测控制(dmpc)的弯曲道路车辆队列协同控制方法，使队列中每个跟随车辆在弯曲道路上保持恒定的速度和恒定的车间行驶路径长度，实现高效、有序行驶。
技术介绍
1、近年来，智能交通相关领域的研究受到人们广泛关注。车辆队列控制，作为车路协同应用的基础问题，能有效提高道路安全、缓解交通压力以及降低车辆油耗。因此，车辆队列控制具有十分重要的研究意义和应用价值。
2、目前，对车辆队列控制研究大多集中在纵向控制，涵盖纵向控制器的设计和相关的稳定性分析等。这部分研究仅考虑简化的车辆运动学模型，且不涉及横向车辆控制。而在弯道场景下，需要考虑更复杂的车辆动力学模型及其横纵向协同控制。弯道场景下的单车控制研究主要分为轨迹规划和跟踪控制两部分，即先规划出最优参考轨迹，再基于参考轨迹进行循迹追踪行驶。由弯道单车控制扩展至车辆队列控制，大部分研究仅考虑单一的前车-跟随(pf)通信拓扑结构，而车辆队列控制方式主要以解耦的纵、横向控制协同实现。
3、现有的技术文献[1]([1]g.nie,x.bo,h.lu,and y.tian,“a cooperative lanechange approach for heterogeneous platoons under different communicationtopologies,”iet intelligent transport systems,vol.16,no.1,pp.53-70,2022.)提出了前方存在缓慢移动障碍物时的队列协
4、现有的技术文献[2]([2]s.wei,y.zou,x.zhang,t.zhang and x.li,“anintegrated longitudinal and lateral vehicle following control system withradar and vehicle-to-vehicle communication,”ieee transactions on vehiculartechnology,vol.68,no.2,pp.1116-1127,feb.2019.)介绍了一种利用车载雷达传感器和v2v通信的前车跟随(pf)控制框架，设计了纵横向解耦的车辆控制器，采用纵向pid控制、横向mpc控制的方式，使车辆在纵向和横向上都能稳定跟随。
5、现有的技术文献[3]([3]a.bayuwindra,j.ploeg,e.lefeber and h.nijmeijer,“combined longitudinal and lateral control of car-like vehicle platooningwith extended look-ahead,”ieee transactions on control systems technology,vol.28,no.3,pp.790-803,may.2020.)设计了一种基于前车跟随(pf)的纵向和横向耦合的车辆跟踪控制系统，采用一致性控制方法，实现了车辆在弯曲道路上的跟车。
6、现有的技术文献[4]([4]l.xu,w.zhuang,g.yin,c.bian and h.wu,“modelingand robust control of heterogeneous vehicle platoons on curved roads subjectto disturbances and delays,”ieee transactions on vehicular technology,vol.68,no.12,pp.11551-11564,dec.2019.)提出了一种针对不同坡度、气动阻力和无线通信延迟的弯曲道路上不同车辆的横纵向解耦队列控制框架，采用鲁棒控制方式，通过获取道路信息实现了稳定弯道车队行驶。
7、综上所述，目前弯道车队控制研究大多需要已知的道路信息，尚未考虑一般通信拓扑结构下的横纵向耦合控制。本专利技术针对弯曲道路上车辆队列的协同控制问题，提出了一种分布式模型预测控制(dmpc)方法。该方法假设车辆之间的通信拓扑是单向的，即车辆状态信息只从前方车辆传输到后方车辆，利用前行车辆的延迟轨迹作为参考轨迹，建立每辆跟随车的局部mpc优化问题，通过在线求解该局部mpc优化问题得到每辆跟随车的控制输入，使队列中每辆跟随车在弯曲道路上保持恒定的速度和恒定的车间行驶路径长度，避免了对道路信息或预先设定的行驶轨迹的需求。进一步通过仿真实验验证了所提出dmpc优化问题是可行的，并且在单向通信拓扑包含有向生成树的情况下，该闭环队列控制系统实现了在弯曲道路上以期望速度和期望车间行驶路径长度的稳定行驶。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种面向弯曲道路车辆队列协同驾驶的分布式模型预测控制(dmpc)方法。该方法针对于弯曲道路上的车辆队列，在不需要外部参考轨迹和全局道路信息的情况下，依靠前车的延迟轨迹信息实现车辆队列在弯曲路段的协同驾驶，使队列中每个跟随车辆在弯曲道路上保持恒定的速度和恒定的车际行驶路径长度。该dmpc方法利用前行车辆的延迟轨迹作为参考轨迹，避免了对道路信息或预先设定的行驶轨迹的需求。然后通过仿真实验验证了所提出dmpc优化问题的可行性以及该闭环队列控制系统在弯道场景下协同驾驶的有效性。
2、为达到上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一种基于分布式模型预测控制(dmpc)的弯曲道路车辆队列协同控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
4、步骤1：定义车辆队列的通信拓扑结构
5、创建一个由n+1辆车组成的队列，其索引为i∈{0.1,…n}，在弯曲的道路上行驶。车辆0代表领导车辆，以恒定的纵向速度向前行驶，用v0表示。其余跟随车辆的索引从1到n，每辆车根据相应的通信拓扑接收其他车辆的状态信息，如图1所示。
6、车辆队列的通信拓扑用有向图g＝{v,e,a}来建模，其节点集v∈{0,1,…n}，边集e∈{(i,j):i,j∈v,j≠i}，邻接矩阵i＝[aij]∈r(n+1)×(n+1)•{j,i}∈e表示从节点j到节点i存在一条方向边，表示车辆i接收到车辆j的信息。aij表示为:
7、当aij＝1时，车辆j是车辆i的邻居，则车辆i的邻居集合表示为
8、ni＝{j|aij＝1,j∈v}(1.2)
9、若存在一个根节点，使得该有向图的任何其他节点通过至少一条从根节点出发的路径到达，则称该有向图g包含有向生成树。
10、假设车辆队列的通信拓扑g包含有向生成树，并且是单向的，即信息只从前面的车辆传输到后面的车辆。常见的单向通信拓扑包括前车跟随(pf)拓扑、前车-领导跟随(plf)拓扑和两前车跟随(tpf)拓扑，如图2所示。
11、步骤2：建立车辆动力学模型
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【技术保护点】
1.一种弯道场景下的车辆队列协同预测控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种弯道场景下的车辆队列协同预测控制方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种弯道场景下的车辆队列协同预测控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：詹璟原，王兴汉，郑雨姗，张利国，季月含，杨燕燕，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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