[发明专利]基于模型参考的车辆跟驰系统自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明属于交通运输系统车辆跟驰控制技术领域，具体涉及到车辆跟驰系统参考模型的建立，基于车距和速度的跟驰状态的划分，以及各具体跟驰状态下后车行为的数学模型及自适应优化问题。

背景技术

自适应控制（Adaptive cruise control，ACC）应用于车辆跟驰系统已经有数十年了。很多研究者致力于自适用控制技术与其他先进技术相结合以改善跟驰的安全性、高效性和行为调整的平稳（舒适）性。当前，自适应巡航控制仍然是车辆跟驰控制研究领域的热点问题。Desjardins和 Chaib-draa利用函数近似技术求解车辆自适应巡航系统的控制策略，使得车辆跟驰系统的安全性得到很大的保障，但未对跟驰效率给予足够的讨论。Li等几位学者提出车辆自适应巡航系统的递阶控制模型，但制动距离确定为恒定的5米似有不妥之处。Dunbar和Caveney提出分布式回归控制算法来处理车辆编队运行的非线性控制问题，由于恒定的期望车距与实际情形存在差异，在安全、高效为主要性能指标的车辆行为综合优化上可能还存在一些难尽人意的地方。Somda和Cormerais 极其重视安全车距的动态计算，在自适应智能巡航系统中运用相对安全车距对车跟驰星质量进行评估，进而采取相应的控制措施，但对前车加速运行情况下如何动态计算相对安全车距则未作更深入的讨论。 针对车辆巡航系统的安全性、高效性和行为调整的平稳（舒适）性问题，Kesting等利用智能驾驶模型来描述自适应控制车辆，提出加速度能够自动调整的自适应控制策略，然而未深入探究动态跟驰形势下安全时隙的科学确定问题。Wang和Rajamani 指出，“车自适应巡航系统应当保持恒定的时隙么？”Lin 等几位学者，考虑到时隙对与行车组织的重要性，对时隙作用于自适应车辆驾驶性能的效果作了富有价值和指导意义的讨论，大的时隙无疑会赋予车辆跟驰系统更大的安全裕量，但效率也会随之降低。Bageshwar等运用模型预测控制来计算自适应巡航车辆的跟驰控制律，在稳态跟驰条件下取得了较好的仿真效果，遗憾的是未能给出非稳态跟驰条件下的控制律计算方法,如何确保该状态下任意时刻车辆跟驰的安全性和高效性，还需要进一步的研究。Smallwood 和Whitcomb阐述了水下载运工具低速运行的轨迹跟踪问题，所设计的自适应控制器能够提供合理的参数估计，其中包括速度、位置的准确跟踪，仿真实验中表现出较好的一致性。Pan和 Zheng 建立了车辆跟驰控制的离散时滞模型，提出一种最优控制律的计算方法，取得了较好的仿真效果。车辆跟驰自适应控制系统的复杂性在于：（1）控制对象的非线性，特别是速度、加速度和车距控制的同步问题；（2）安全性、高效性和行为调整的平稳（舒适）性，需要在车辆跟驰过程中的任意时刻加以考虑，并作为行为优化的目标。如果实际车距                                               远远大于当前安全车距，且前、后车的速度相同，即=（为后车速度，为前车速度），纯粹的速差控制对此情形则无能为力；而纯粹的车距控制虽能实现=（为实际车距），但和较难实现；Zhao和Gao 为了解决这个问题，将速差控制和加速度差控制结合起来，力图重建安全、高效跟驰稳态，但对、 且  远大于或远小于的情形则无能为力；当前的自适应巡航跟驰控制系统在安全、高效跟驰稳态的重建方面，由于在“速度”、“加速度”和“车距”三个参数的控制上未实现同步，也存在行为调整频繁的问题，甚至产生较大的振荡。

发明内容

本发明的目的是为了克服当前车辆跟驰控制系统中速度、加速度和车距控制难以同步的问题，并在车辆跟驰过程中的任意时刻把安全性、高效性和行为调整的平稳（舒适）性作为后车行为优化的目标，实现后车跟驰行为的科学调整。

本发明基于背景技术状况，建立了一种新的车辆跟驰系统数学参考模型，并在合理划分车辆跟驰状态的基础上，将模型参考与自适应控制结合起来，根据当前跟驰状态确定相应的最佳跟驰控制律计算模型，并将最佳控制律加以实施，以科学的后车行为调整实现车辆跟驰系统的安全、高效和平稳（舒适）运行，解决了长期以来一直存在的速度控制、加速度控制和车距控制难以同步的问题。

本发明概述的技术方案实施步骤：

步骤1：建立车辆跟驰系统模型。

该车辆跟驰系统的数学模型，见式（1）所示：

,         (1)

其中：和分别为前、后车的加速度， 和分别为前、后车的速度，和分别为前、后车的位置，和分别为前、后车的初始速度，和分别为前、后车的初始位置， 前、后车之间的实际跟驰车距，为前、后车之间的安全车距，且，。