[发明专利]一种基于自适应滑模控制的车队协同控制方法

权利要求书

1.一种基于自适应滑模控制的车队协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)建立纵向车辆动力学模型；

所述车辆的纵向动力学模型建立如下：

其中v为车的速度，为车的加速度，为车的加速度变化量；

将式(2)参数化简得：

其中a、b、c、d为设定的车辆系统参数，表示为：

其中m是车的质量，k_d为空气阻力系数，k_m为机械阻力系数，d(t)代表车辆受到的未知外界扰动，τ为发动机的时间常数，u为车辆的控制输入；

步骤2)选取车间距控制策略以计算车队中相邻车辆之间的车间距误差，并建立滑模面；

所述车间距控制策略为：固定车头时距，即控制同一纵向车道上行驶的车队中连续两辆车的车头通过某一点的时间一致；这种控制策略中，车队中相邻车辆之间的期望车间距离是由车头时距和车速一起决定的；车队中相邻车辆之间的车间距误差如式所示：

式中，x_i-1是第i-1辆车行驶的位置，x_i是第i辆车行驶的位置，是第i辆车的行驶速度，l_i-1是第i-1辆车的长度，h为车头时距，其取值为常数，一般取1～2s/veh；

所述滑模面根据如下公式建立：

式中，s为滑模面，β为滑模面参数，取正数，e_i为车间距误差，为e_i的一阶导数；

步骤3)使用自适应控制过程对系统参数进行估计，通过设计自适应算法，并在线更新系统参数的估计值从而完成控制律设计；

所述使用自适应控制过程对系统参数进行估计所得到的参数矩阵为：

其中，为系统参数a,b,c,d的估计值；

控制律的设计包括等效控制部分u_eq和鲁棒项u_s；其中等效控制部分u_eq用来保证被控系统状态在滑模面s上，鲁棒项u_s用以够补偿系统中未知参数和外界未知干扰的影响，从而保证系统状态趋于设定的滑模面s；

用自适应算法对参数的估计值代替真实值，设计车队协同控制的控制律为：

其中sgn(S)为符号函数，为前车加速度，是本车加速度，k为鲁棒项增益，取为正数，通过设置鲁棒项增益k稍大于外界未知干扰的上界，用以补偿未知干扰造成的影响，即可保证系统的稳定性和轨迹跟踪性能；

步骤4.基于Lyapunov稳定性理论，设计Lyapunov函数，以确保系统稳定。

2.根据权利要求1所述一种基于自适应滑模控制的车队协同控制方法，其特征在于，步骤4)所述Lyapunov函数如下：

其中η₁、η₂、η₃、η₄为自适应控制参数，且都为正数；为参数估计误差，表示为：

对其进行求导，得：

其中，表示期望速度V的二阶导数；为e的一阶导数，e为车间距误差；由上述证明过程可得，通过设置鲁棒项增益k稍大于干扰上界，所设计的控制力u能够保证根据Lyapunov稳定性理论，该控制器能够保证系统的稳定性。