[发明专利]一种车辆队列最优协同控制方法

说明书

本发明公开了一种车辆队列最优协同控制方法。该方法首先确定车辆队列的动力学模型和车辆队列的间距策略；然后构建车辆队列最优协同的性能指标函数和车辆队列控制输入函数；接下来将性能指标函数和控制输入函数相结合，构建一种最优协同控制方法，在保证车辆队列渐近稳定性的条件下，求出满足车辆队列性能指标函数最优的控制增益，以达到行车安全性、车辆协同性和燃油经济性。该方法可以有效的平衡车辆队列协同性和燃油经济性之间的问题，使得车辆在节约能源的同时实现车辆队列的协同驾驶。

技术领域

本发明属于智能交通领域，具体涉及一种协同控制方法。

背景技术

智能网联汽车已经成为全球汽车、互联网等领域的研究热点。中国智能网联发展定位从原来以车联网概念的一个重要组成部分，向智能制造、智能网联等智能化集成行业转移。

在智能网联环境下，实现车与X(人、车、路、云端等)通讯的车辆，自动调整车辆的纵向运动状态进行编队，达到一致的行驶速度和期望的构型，形成车辆队列。车辆队列行驶可以提高道路通行能力：通过减少车辆间距，在不扩建道路的前提下，提高了道路车流密度，减缓交通拥堵压力；车辆队列行驶能够提升道路行车安全：通过实时共享车辆间状态信息，车辆能够更快速、准确地作出决策，避免危险的发生，车辆间保持安全间距和速度，避免追尾等事故；车辆队列行驶能够有效减少环境污染：通过研究车辆队列行驶的空气动力学及其仿真的分析数据中发现，车辆队列行驶可有效地降低车辆所受到的空气阻力，使车辆的耗油量和排放量上得到有效的降低；车辆队列行驶能够发挥车辆协同合作的作用和优势：在一些特殊的领域，需要多个车辆组成车辆队列或其他特定形式的编队，通过相互配合和协作，进而完成探险、救援、巡逻等任务。

在车辆队列控制系统中，控制算法对于车辆队列的平稳高效运行起着关键的作用。但是，现有技术中车辆队列的协同控制方法仍然有一定的不足。首先，车辆队列的协同驾驶主要考虑协同性、稳定性等特性，未考虑燃油的经济性，在满足协同性需求时往往需要牺牲其它需求为代价，难以保证车辆队列的整体性能最优。其次，车辆队列协同控制方法中存在一些不确定的控制参数如控制增益，而控制参数的选取会对车辆队列的稳定性、经济性产生重要的影响，因而保证控制参数的最优性也是十分必要的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种车辆队列最优协同控制方法。该方法首先确定车辆队列的动力学模型和车辆队列的间距策略；然后构建车辆队列最优协同的性能指标函数和车辆队列控制输入函数；接下来将性能指标函数和控制输入函数相结合，构建一种最优协同控制方法，在保证车辆队列渐近稳定性的条件下，求出满足车辆队列性能指标函数最优的控制增益，以达到行车安全性、车辆协同性和燃油经济性。该方法可以有效的平衡车辆队列协同性和燃油经济性之间的问题，使得车辆在节约能源的同时实现车辆队列的协同驾驶。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：构建车辆队列，车辆队列由N+1辆车组成，按照行驶方向，排在车队的第一辆车为头车，其余为跟随车辆；头车编号为0，跟随车辆编号由i表示，i∈{1,2,…,N}；

步骤2：确定车辆队列的动力学模型；

定义跟随车辆i的实际位置为p_i(t)，实际速度为v_i(t)，控制输入为u_i(t)，跟随车辆i的动力学模型为：

其中，A和B为不同的给定参数；

步骤3：采用可变时距间距策略确定车辆队列的间距策略；

通过车辆队列中车辆之间的通讯，获取头车的速度v₀(t)，设定跟随车辆i和头车0的期望间距：

其中,c_i0、h_i0和d_i0是给定的系数；