[发明专利]一种基于前馈-反馈控制的车辆编队方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于前馈‑反馈控制的车辆编队方法，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，步骤2，对于第i(i＝1,2,…,N)辆车；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；步骤4，车辆i的纵向跟踪误差，步骤5，由步骤2中所得的P_i；步骤7，每个跟随车辆根据步骤6中的期望加速度；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。本发明的基于前馈‑反馈控制的车辆编队方法，通过步骤1至8的设置，便可有效的通过期望加速度实现对于车辆行驶进行编队了。

技术领域

本发明涉及智能交通领域，尤其是涉及一种基于前馈-反馈控制的车辆编队方法和系统。

背景技术

汽车工业的蓬勃发展给人类的交通带来了巨大的便利，但车辆保有量的迅速上升也带来了交通堵塞、道路事故、环境污染等问题。针对车辆安全性和经济性，目前已有很多取得应用的技术，如先进驾驶员辅助系统(Advanced Driver Assistance System，ADAS)和自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control，ACC)，但这些技术仅把单个车辆作为控制对象，不考虑多个车辆间的耦合作用，因而对于性能改善的程度是有限的。近年来，车载通信技术快速发展，使得车辆间的协同控制成为可能。基于通讯的车辆编队控制技术又称为协同自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control，CACC)，其可以显著减缓交通拥堵、改善交通效率、提高驾驶安全性和改进燃油经济性，因而得到了广泛研究。

目前已有诸多关于车辆编队的相关专利。申请号：201910422168.4(一种高速公路重型卡车编队纵向行驶控制方法)基于三步法控制原理，设计跟随车的分布式控制器，保证了行驶过程中系统的渐近稳定性，但是没有实现在特定指标下的最优控制。申请号：201811204184.8(一种智能网联车辆编队的多时延稳定性分析方法)基于车辆编队的四元素架构对车队进行建模，建立含多时延的分布式控制器，但只是基于反馈设计的线性控制器；而申请号：201910571957.4(基于分布式有限时间状态观测器的多智能车辆编队方法)虽在前馈中加入了状态估计值，但是只利用了自车的信息，且估计值与真值有误差，均难以实现理想的控制性能。且包括以上提到的现有专利，大部分只针对特定的通信拓扑结构，如：前车跟随式、双前车跟随式、双向-领航者跟随式等，无法适用更宽泛的通信拓扑结构。在多智能体领域，申请号：201811465917.3(四旋翼无人机一致性编队控制方法)公开了一种四旋翼无人机一致性编队控制方法，设计了一种固定拓扑结构下的高阶一致性编队控制算法，面对日益多样和复杂的信息拓扑结构无能为力。申请号：201910921953.4(一种基于切换拓扑的无人机群协同安全控制方法)为应对多样化的实际需求，将切换思想应用到无人机之间的信息交互中，即不同队形对应不同的通信拓扑，同样不能摆脱特定通信拓扑的限制。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于前馈-反馈控制的车辆编队方法和系统，在更普遍的通信拓扑下实现队列行驶的渐近稳定性，以及在特定二次型性能指标下的最优控制。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于前馈-反馈控制的车辆编队方法，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：