[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

说明书

本发明公开了一种保障车辆快速编队稳定的多车协同控制方法及装置，该方法包括：1)信息采集模块，用于被控车辆采集领航车、相邻车、自身的实时状态信息；2)队列成形控制模块，保证位于不同车道、以不同车速行驶的多车系统形成队列；3)队列稳定控制模块，通过运用队列稳定鲁棒协同控制算法实现队列系统稳定。本发明控制方法将车辆动力学系统和群集运动控制算法相结合，解决了传统队列成型控制忽视车辆动力学特性的问题；该方法基于李雅普诺夫‑克拉索夫斯基稳定性理论保障队列系统稳定，且能够减小控制系统冗余，适宜推广及应用；此外，该方法还考虑了信息传输过程中有时会发生的数据丢包和信息时滞现象，控制安全等级更高。

技术领域

本发明涉及一种保障车辆快速编队稳定的多车协同控制方法及装置，属于多车队列控制领域。

背景技术

在实际的交通场景中，为了适应周围复杂多变的环境，多数情况下车辆并非位于同一车道，而是以不同的车速行驶在不同的车道内。因此，从控制实现的角度出发，多车队列分布式控制可分为队列成形控制和队列稳定性控制。其中，队列成形控制关注于如何使处于不同状态下的车辆安全、平稳地组成队列，而队列稳定性控制则聚焦于如何使车辆依据期望的车速和几何构型稳定行驶。

首先，在队列成形控制中，由于涉及到车辆的变速转向操作，车辆在转向过程中的运动特征会对车辆行为产生重要的影响，进而在某种程度上决定了队列成形控制的效果。为保证车辆行驶的平稳性，在队列成形控制的决策空间中必须要引入车辆动力学特性。

其次，对于多车队列系统，安全、高效是其基本特征，必须在队列稳定性控制中予以保证。在多车队列稳定性控制中，这部分的工作主要通过队列纵向控制来实现，控制的目标为保证队列在领航车速度波动或无线通信网络时滞等单一因素下的稳定性。研究队列在多种干扰和通信时滞下的纵向稳定性对于实现队列稳定行驶具有重要的现实意义。

然而，现有的多车队列控制研究存在着明显的局限性和不足。

首先，基于多智能体群集运动策略的传统多车队列形成控制研究往往会忽视车辆动力学特性的问题。其次，现有研究方法大多存在考虑影响队列纵向行驶稳定性因素过于单一和所设计的控制方法精确度不高，控制系统存在冗余等问题。发明一种融合了车辆动力学和多智能体控制算法并且考虑干扰、时滞等多影响因素的控制方法和控制装置可以提高控制的精确度和稳定性，解决车辆编队过程和纵向行驶过程中的安全问题。在控制过程中进一步削弱控制系统的保守性，可以使控制范围更加精确和减少不需要的系统冗余。因此现在研制出一种保障车辆快速编队稳定的多车协同控制方法及装置，对现有的多车队列控制和未来的无人驾驶领域具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可解决上述问题的，用于为车辆快速编队过程和队列系统提供稳定性保障，为智能网联汽车提供技术支持的保障车辆快速编队稳定的多车协同控制方法及装置。

本发明公开了一种保障车辆快速编队稳定的多车协同控制方法，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。