[发明专利]一种保障车辆快速编队稳定的多车协同控制方法及装置

权利要求书

1.一种保障车辆快速编队稳定的多车协同控制方法，其特征在于：包括有领航车和跟随车，所述领航车和跟随车中任一车辆均为被控车辆，实施以下步骤：

步骤一、信息采集，被控车辆在任意时刻采集领航车、相邻车以及本车的实时状态信息；

步骤二、被控车辆判断是否已处于理想车道上，若否则进入步骤三，进行车辆编队控制；所述理想车道是被控车辆希望汇入的队列系统所行驶中的车道；

若是则进入步骤五，进行队列稳定控制；

步骤三、收集到目标位置和相关数据信息后，将车辆动力学的稳定性边界引入到多智能体群集运动控制算法中，采用优化方法对群集算法关键参数进行优化，生成车辆编队参考状态；

步骤四、根据步骤三中的所述的车辆编队参考状态，规划出编队参考轨迹，用模型预测控制方法对被控车辆实际状态进行跟踪并保证其快速稳定编队；结束后返回步骤二；

步骤五、设定控制律，通过运用队列稳定鲁棒协同控制算法实现队列系统稳定；结束后返回步骤二，循环往复。

2.根据权利要求1中所述的保障车辆快速编队稳定的多车协同控制方法的方法，其特征在于：在所述步骤三中，采用优化方法对群集算法关键参数进行优化，并生成车辆编队参考状态的流程如下：

Sa1，选取优化变量矩阵为：

Λ＝[a b c₁ c₂ c₃ c₄]^T

定义优化目标函数为：

J₁：

其中，P₁和Q₁为权重，N_t为正常数，V_k，i为车辆所允许的最大速度；v_k，i和ω_k，i分别为被控车辆i在k时刻的纵向车速和横摆角速度；γ_max，i为车辆所允许的最大横摆角速度；

优化问题表述为：

Sa2，根据可行性区间，随机生成当时间t←t+1，

Sa3，根据优化变量或的当前值计算车辆的参考车速v_t，i和参考横摆角速度ω_t，i；

Sa4，将满足车辆动力学稳定性边界的v_t，i和ω_t，i作为最终的编队参考状态；如果不满足边界条件，通过求解优化问题重新生成返回Sa3。

3.根据权利要求1中所述的保障车辆快速编队稳定的多车协同控制方法的方法，其特征在于：队列稳定鲁棒协同控制算法，根据给出的控制律，寻找相应的控制增益，使队列系统在新的控制律下满足稳定性；

跟随车的控制律为：

其中，K₁和K₂为控制增益，Ψ(t)＝[Ψ₁(t)，…，Ψ_n(t)]^T为一组状态矢量，如图5所示，μ_i为领航车与第i辆跟随车之间的车间距误差，为领航车与第i辆跟随车之间的速度误差。

4.根据权利要求1所述的保障车辆快速编队稳定的多车协同控制方法的方法，其特征在于：所述步骤四包括如下步骤：

Sb1.建立代价函数：

J₂：

其中，N_p和N_c分别为预测时域数和控制时域数，P₂和Q₂为系数矩阵，为k时刻的预测参考状态信息，Δu_k+m|k，i为在k时刻控制时域内群集运动控制算法的系统输入增量；

定义的优化问题：

Sb2.在k时刻下求解优化控制问题所得到的控制输入序列为：

Sb3.为了减小系统的偏差，选择序列中的第一项为系统的输入增量，则最终的控制输入为：

令在k+1时刻需要根据新的系统状态量重新求解优化问题，以此来实现模型预测控制的迭代前进；由此生成的新的系统输入u′_i，控制车辆执行快速稳定编队。