[发明专利]一种基于前馈-反馈控制的车辆编队方法和系统

权利要求书

1.一种基于前馈-反馈控制的车辆编队方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，将编队中的车辆从前到后进行0～N编号，其中第0辆为领航车辆，其余N辆为跟随车辆，车辆i的运动学方程如下式给出：

其中，

式中，p_i、v_i、a_i、u_i、τ分别为车辆i的位置、速度、加速度、期望加速度和纵向传动系统时滞常数；

步骤2，对于第i(i＝1，2，...，N)辆车，求解如下方程：

其中，ε_i＞0且是一个常数，是正定矩阵，且(A，D_i)是可观测的，而P_i是由该方程确定的唯一正定解；

步骤3，在行驶过程中，领航车辆和每个跟随车辆利用车载通信设备将自身的编号、期望加速度、跟踪误差信息广播至周围若干车辆，同时，每个跟随车辆接收周围若干车辆所广播的信息；

步骤4，车辆i的纵向跟踪误差由下式给出：

其中，d_i，0＝i×d₀是第i辆车与第0辆车的期望间距，而d₀是标准车间距，控制的目标，即是：t为时间；

步骤5，由步骤2中所得的P_i，求解第i辆车的前馈增益K_ff，i和反馈增益K_fb，i，由下式给出：

K_ff，i＝1；

步骤6，第i辆车的期望加速度，由下式确定：

其中，是第i辆车所能获取信息的周围车辆的个数；

步骤7，每个跟随车辆根据步骤6中的期望加速度，进行底层加速与制动执行器控制，以跟踪所计算的期望加速度u_i；

步骤8，每个跟随车辆不断重复上述步骤3～7，以实现车辆编队行驶。

2.根据权利要求1所述的基于前馈-反馈控制的车辆编队方法，其特征在于：所述步骤3中领航车辆与跟随车辆之间的通信拓扑形成一个有向无环图，且包含以领航车为根节点的有向生成树。

3.根据权利要求2所述的基于前馈-反馈控制的车辆编队方法，其特征在于：所述步骤6中，u_i的表达式中包含u_j。

4.根据权利要求1或2所述的基于前馈-反馈控制的车辆编队方法，其特征在于：所述步骤2中，若取Q_i＝Q，ε_i＝ε，则上述控制律可以实现如下性能指标的最优控制：

5.根据权利要求1或2所述的基于前馈-反馈控制的车辆编队方法，其特征在于：所述步骤7中的期望加速度高于节气门开度为零时实际加速度，将期望加速度输入驱动系统逆模型得到节气门开度α_f，i＝N^-1(ω_i，I_ir_i(m_iu_i+F_i))，并施加至驱动系统，其中N^-1为发动机转矩的逆函数，ω_i、I_i、r_i、m_i、F_i分别为第i辆车的发动机转速、传动系统传动比、轮胎半径、质量与行驶阻力；若期望加速度低于节气门开度为零时实际加速度，将期望加速度输入制动系统逆模型得到制动压力并施加至制动系统，其中K_b，i为制动系统增益。

6.一种应用权利要求1至5任意一项所述方法的系统，其特征在于：包括车辆终端和运行服务器，所述车辆终端和运行服务器相互通信连接，以运行搭载所述方法的程序。