[发明专利]通信受限条件下的异构车辆队列非线性控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑通信受限条件下的异构车辆队列非线性控制方法，针对通信延时以及有限的通信范围的问题，并充分考虑车辆系统内的非线性行为，提出了一种非线性控制算法。首先，建立了车辆的三阶非均匀动力学模型，具体来说，在排中，控制增益和参数是不同的。然后考虑恒定的车头时距策略以及间距补偿，得到了保持车辆队列内稳定性的条件。其次，考虑时变通信延迟，根据Lyapunov‑Krasovskii理论，推导出系统一致收敛的允许的通信延迟上限。接着，考虑到每辆车接收信息的通信范围是有限的，即每辆车可以接收到来自多个前车和多个追随车，得到了队列稳定性的条件。

技术领域

本发明涉及车辆队列控制方法领域，考虑通信受限条件下的异构车辆队列非线性控制方法，通信受限具体表现为车辆间的通信时变时延以及有限的通信范围。

背景技术

由交通堵塞引起的汽车尾气排放问题是造成环境污染和燃料浪费的一个重要原因。道路车辆队列控制为这些关键问题提供了一个有希望的解决方案。车辆队列的控制目标是车队中的车辆之间保持一定的车辆间距，并最终按照相同的速度行驶。这对提高道路的吞吐量以及保证交通的安全性有重要的作用。

车辆队列的研究最早在上世纪六十年代中期，近些年由于智慧交通以及无人驾驶技术的快速发展，车辆队列吸引了许多研究者的关注。文献Li S E,Yang Z,Li K,et al.Anoverview of vehicular platoon control under the four-component framework[C]//Intelligent Vehicles Symposium.IEEE,2015中，Li等人提出“四要素”框架下的车辆队列研究步骤。“四要素”指的是节点动力学(ND)、信息流拓扑结构(IFT)、几何编队(GF)和分布式控制器(DC)。在此框架下，国内外学者对车辆队列进行了不同角度的分析。

文献Zheng Y,Li S E,Wang J,et al.Stability and Scalability ofHomogeneous Vehicular Platoon:Study on the Influence of Information FlowTopologies[J].IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems,2015:14-26中，Zheng等人研究了同质队列中不同的信息流拓扑结构对系统稳定性的影响，运用特征值分析法，得到了常见几种拓扑达到内部稳定性条件。

针对领导-跟随者的通信架构，文献Peters,A,A,et al.Leader tracking inhomogeneous vehicle platoons with broadcast delays[J].Automatica Oxford,2014中，比较了跟随车辆追踪领导车辆的几种情况，同时考虑延时因素并提出了各自的算法，最终证明了所提架构能提供紧密的编队和队列稳定性。

文献Li S E,Yang Z,Li K,et al.Scalability limitation of homogeneousvehicular platoon under undirected information flow topology and constantspacing policy[C]//Control Conference.IEEE,2015中，在无向拓扑结构下提出了减少树的深度可以提高队列的稳定裕度。

针对横向动力学编队以及执行器饱和的情况下，文献Xu L,Zhuang W,Yin G,etal.Distributed Formation Control of Homogeneous Vehicle Platoon ConsideringVehicle Dynamics[J].International Journal of Automotive Technology,2019,20(6):1103-1112中，将稳定边界与多目标聚类算法相结合，提出了一种能够稳定、快速形成车辆队列的分布式控制器。