[发明专利]一种基于新的时距策略的网络化自主车队的跟随控制方法

权利要求书

1.一种基于新的时距策略的网络化自主车队的跟随控制方法，其特征在于，包括：

S1、对车辆进行力学分析以建立线性化的车辆纵向动态学模型；所述车辆纵向动态学模型如公式(1)：

对于同质车队中车辆纵向动态学模型可描述为三阶微分方程：

其中，当i＝0时，p₀、v₀、a₀分别为领头车的位置、速度、加速度；当i≠0时，p_i为第i辆车相对于参考点的位置，v_i为第i辆车的速度，a_i为第i辆车的加速度；分别为p_i、v_i、a_i的导数；η为发动机动力学的时间常数；u_i为第i辆车的外部输入控制量；

S2、建立新的时距策略，其表达式为(5)，式中，δ_d为期望车间距；d为可设定的车间固定间距；h为一固定时距；α为一设定的大于零的常数；a_i为第i辆车的加速度，a_i-1为第i-1辆车的加速度，即前车的加速度；

δ_d＝d+hv_i+α(a_i-a_i-1) (5)

S3、设计动态控制器，其通过接收第i-1辆车即前车的状态信息后，结合第i辆车即跟随车辆的状态信息，给出第i辆车控制信号的变化率第i辆车将根据所得控制信号的变化率调整自身的控制输出量，实现自身状态对前车状态的跟随性；所述动态控制器的表达为：

其中，为第i辆车控制信号的变化率，k_pi，k_vi，k_ai为控制器的待定参数，e_i为第i辆车与第i-1辆车实际间距和理想间距的差值，β为控制器参数，且使β＝h；

S4、考虑前车的加减速过程并基于新的时距策略和动态控制器的控制策略，建立跟随车辆的状态空间模型，利用状态空间模型求解使车辆渐进稳定的参数条件，所述跟随车辆的状态空间模型用公式(3)表达：

式中，x为n维列向量，表示车辆的各个状态变量；w为r维列向量，表示车辆状态空间的输入变量；A、B为常数矩阵，根据李雅普诺夫第一法，当矩阵A满足所有特征值都有负实部时，车辆渐近稳定，即跟随车辆的状态信息可以稳定地跟随前车的状态信息；

所述状态空间模型选取的状态变量为x＝[e_iv_ia_iu_i]^T，输入变量为w＝[v_i-1 a_i-1 u_i-1]^T，令每辆跟随车辆控制系统的输出为：

即：y＝[0 v_ia_iu_i]^T，此时对于网络化自主车队，第i-1辆车即前车的控制系统将其状态信息作为输出，第i辆车即跟随车辆的控制系统将以第i-1辆车控制系统输出的状态信息作为给定输入，从而使后车的状态信息稳定跟随前车的状态信息，跟随车辆控制系统中。

2.根据权利要求1所述的一种基于新的时距策略的网络化自主车队的跟随控制方法，其特征在于，所述前车的状态信息包括前车的控制信号、前车的速度和前车的加速度，所述跟随车辆的状态信息包括跟随车辆的控制信号、跟随车辆的速度和跟随车辆的加速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于新的时距策略的网络化自主车队的跟随控制方法，其特征在于，所述常数矩阵A满足方程式(22)：

其中，λ均含有负实部，λ为矩阵A的特征值；

依据式(22)，可列得劳斯表如下式(23)：

其中，P、Q为劳斯表中的参数，其值如下：

所以，若使矩阵A的特征值λ均有负实部，劳斯表中第一列元素需全部大于零，即得到k_pi，k_vi，k_ai参数的取值范围：

4.根据权利要求1或2任一所述的一种基于新的时距策略的网络化自主车队的跟随控制方法，其特征在于，考虑车辆渐近稳定的同时还需考虑队列稳定，所述队列的稳定条件如下：

当车辆受到扰动时，保持车队整体稳定前行，误差不向上游车辆放大的条件为：

式中，a_i(s)是a_i(t)的拉普拉斯变换；

当式(4)成立时，s＝jw，对于任意的w，k_pi，k_vi，k_ai需满足：