雙向自主車隊控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明實施例涉及交通控制技術領域，尤其涉及一種雙向自主車隊控制方法。
【背景技術】
[0002] 城市交通事故頻發(fā)、環(huán)境污染嚴重和擁堵已成為一個嚴重的世界性問題。由于經 濟高速發(fā)展和城市環(huán)境的制約，目前這個問題變得非常棘手。自主車隊控制系統(tǒng)是緩解 該問題的首選方案（岳偉，郭戈。通訊網絡影響下自主車隊的控制，控制理論與應用[J]， 2011，28(7) :1041-1048)。在該系統(tǒng)中，車輛以縱向隊列的形式，保持較小的車間距離自動 行駛，從而減少人為因素導致的交通事故和道路的擁擠問題。當車隊中某輛車的速度突然 變化時，該變化導致的車間距離誤差會沿著車隊前后兩個方向不斷積累擴大，從而引起車 隊的不穩(wěn)定導致車隊解體或者追尾事故。因此，在自主車隊控制中車隊的整體穩(wěn)定性是極 為重要的。
[0003] 目前，大多數自主車隊的控制方法中為了保證車隊的隊列穩(wěn)定性，大都采用無線 通訊模塊結合車載測距傳感器來完成控制器的設計，如基于領隊與跟隨者的結構（G Guo， ff Yue. Hierarchical platoon control with heterogeneous information feedback, IET Control Theory and Applications[J]，2011. 5(15) :1766-1781)、基于跟隨者的結 構（P. Caravani，E. de Santis. Communication control and driving assistance to a platoon of vehicles in heavy traffic and scarce visibility. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [J]，2006. 7 (4) :448 - 460)等。每輛跟隨車輛基于 無線模塊獲得的領隊車輛或前車的信息（包括速度、加速度和位置）以及由車載傳感器測 得的自身的速度、加速度以及與前車的車間距離等信息來完成控制器的設計。
[0004] 然而，采用無線組網的自主車隊控制中存在信息傳輸延時、數據丟包問題，無法保 證車隊的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明實施例提供一種雙向自主車隊控制方法，以克服現有技術中自主車隊中存 在穩(wěn)定性差的問題。
[0006] 本發(fā)明一種雙向自主車隊控制方法，包括：
[0007] 雙向自主車隊中的車輛的控制器接收安裝于所述車輛前后兩端的傳感器發(fā)送的 車輛控制器運行變量，所述變量包括：車輛之間的間距、車輛的相對速度和車輛的加速度；
[0008] 根據所述雙向自主車隊的結構確定所述車隊的結構數學模型；
[0009] 根據受力分析確定所述車輛動態(tài)模型；
[0010] 根據所述車隊的結構數學模型和所述車輛動態(tài)模型求得車隊狀態(tài)空間模型，根據 所述車隊狀態(tài)空間模型求解所述控制器運行參數；
[0011] 根據所述控制器運行參數和控制器運行變量求解所述車輛的加速度；
[0012] 所述車輛根據所述加速度控制縱向編隊。
[0013] 進一步地，所述根據所述雙向自主車隊的結構確定所述車隊的結構數學模型，包 括：
[0014] 所述車隊由車輛之間的間距、車輛的速度、車輛長度以及時間間隔確定所述縱向 車隊的結構數學模型
[0015] δ J= z ； !-Zi-Li-Kvi (1)
[0016] 其中，所述δ i為第i輛車與第i-1輛車的車間距離誤差，所述z i i為第i-1輛車 的位置，所述Z1為第i輛車的位置，所述L i為第i輛車的長度，所述h為時間常數，所述V i 為第i輛車的速度。
[0017] 進一步地，所述根據受力分析確定所述車輛動態(tài)模型，包括：
[0018] 對所述車輛進行受力分析得到所述車輛的非線性動態(tài)模型
[0020] 其中，所述成是加速度的一階導數，所述(^是執(zhí)行器輸入且C 0和C 0分別 表示油門輸入和剎車輸入，所述σ是空氣質量常數，所述Hi1是車輛的質量，所述A1是車輛 的橫截面積，所述Cdl為拽力系數，所述d "是機械拽力，所述€是發(fā)動機時間常數；
[0021 ] 根據反饋線性化方法，將
(3 )代入所述非線性動 態(tài)模型，得到線性化車輛動態(tài)模型
[0024] 其中，所述不確定性I二/(?)是勒貝格可測函數，所述延時T"t)是時變函 數，所述⑴為控制器。
[0025] 進一步地，所述根據所述車隊的機構數學模型和所述車輛動態(tài)模型求得車隊狀態(tài) 空間模型，根據所述車隊狀態(tài)空間模型求解所述控制器運行參數，包括：
[0026] 根據所述車輛動態(tài)模型以及所述車隊結構數學模型得到車隊狀態(tài)空間模型為
[0028] 其中，所述Xl(t)為車隊狀態(tài)，所述yi(t)為車隊的測量輸出，所述3；為狀態(tài)矩陣， 所述亙控制矩陣，所述Bdl為干擾矩陣，所述C i為輸出矩陣；
[0029] 根據所述車隊狀態(tài)空間模型定義李雅普諾夫函數V1 (t)為，
[0031] 其中，所述P1, Q11, Q1^QwZll和Z12為對稱矩陣，所述尤(〇為X1 (t)的轉置；
[0032] 對所述李雅普諾夫函數求導，并使]5； 0，得到保證車輛漸進穩(wěn)定的條件為： 存在矩陣 P1S 0, T 工> 0, Q 0, j = 1，2, 3, Z 1Π1> 0, m = 1，2, N n，Sll, Mll, 1 = 1，2,…，5 和Ki= [kpf kpb kvf kvb]使得矩陣不等式
1成立，其中，所述1%為關于狀態(tài) 矩陣，輸出矩陣和控制矩陣所組成的對稱矩陣；
[0034] 將所述?帶入（4)，并對其做拉普拉斯變化，可得ai (s)，ai i (s)和a1+1 (s)，在 s域內分析Ia1(S)Aill(S)I以及Ia1(S)/a1+1(s)|，并使其均滿足小于等于1，可得到車隊隊 列穩(wěn)定的條件如下：
[0035] hkpb_kvf= 0，
[0036] 當 i e [idis，1]時：〇 2kpb，
[0040] 其中，所述idls為受到干擾的車輛，所述kpf，k pb，MP kvb為控制器增益系數，通過 對（7)進行代數運算和蘇爾補定理，并將（8)中隊列穩(wěn)定性的條件帶入（7)的車輛漸進穩(wěn) 定性條件，可得控制器運行參數為
，其中，所述願^ 和t1為已知的對稱矩陣，Di滿足C I。
[0041] 本發(fā)明由于采取以上技術方案，其有益效果為：
[0042] 1.建立一種雙向自主車隊結構，該結構的車隊不需要無線通信網絡，僅僅依賴于 車載距離傳感器來檢測車間距離信息即可，從而規(guī)避由無線通信網絡誘導的延時、丟包等 因素，而導致的車隊失去漸近穩(wěn)定性的問題。
[0043] 2.在上述雙向自主車隊結構的基礎上考慮執(zhí)行器的燃油延時和傳輸延時、結構的 不確定性和執(zhí)行器飽和的問題，通過李雅普諾夫函數和線性矩陣不等式分析和設計了保證 車隊漸進穩(wěn)定控制器。
【附圖說明】
[0044] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0045] 圖1為本發(fā)明雙向自主車隊控制方法流程圖；
[0046] 圖2為本發(fā)明雙向自主車隊結構模型示意圖；
[0047] 圖3為本發(fā)明領隊車輛突然加速車隊的車間距離示意圖；
[0048] 圖4為本發(fā)明領隊車輛突然加速車隊的加速度示意圖；
[0049] 圖5為本發(fā)明領隊車輛突然減速車隊的車間距離示意圖；
[0050] 圖6為本發(fā)明領隊車輛突然減速車隊的加速度示意圖；
[0051] 圖7為本發(fā)明車隊中第五輛車受到干擾時車隊的車間距離示意圖；
[0052] 圖8為本發(fā)明車隊中第五輛車受到干擾時車隊的加速度示意圖。
【具體實施方式】
[0053] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0054] 圖1為本發(fā)明雙向自主車隊控制方法流程圖，如圖1所示，本實施例方法，包括：
[0055] 步驟101、雙向自主車隊中的車輛的控制器接收安裝于所述車輛前后兩端的傳感 器發(fā)送的車輛控制器運行變量，所述變量包括：車輛之間的間距、車輛的相對速度和車輛的 加速度；
[0056] 步驟101、根據所述雙向自主車隊的結構確定所述車隊的結構數學模型；
[0057] 步驟102、根據受力分析確定所述車輛動態(tài)模型；
[0058] 步驟103、根據所述車隊的結構數學模型和所述車輛動態(tài)模型求得車隊狀態(tài)空間 模型，根據所述車隊狀態(tài)空間模型求解所述控制器運行參數；
[0059] 步驟104、根據所述控制器運行參數和控制器運行變量求解所述車輛的加速度；
[0060] 步驟105、所述車輛根據所述加速度控制縱向編隊。
[0061] 進一步地，所述根據所述雙向自主車隊的結構確定所述車隊的結構數學模型，包 括：
[0062] 所述車隊由車輛之間的間距、車輛的速度、車輛長度以及時間間隔確定所述車隊 的結構數學模型
[0063] δ J= z ； !-Zi-Li-Kvi (1)
[0064] 其中，所述δ i為第i輛車與第i-1輛車的車間距離誤差，所述z i i為第i-1輛車 的位置，所述Z1為第i輛車的位置，所述L i為第i輛車的長度，所述h為時間常數，所述V i 為第i輛車的速度。
[0065] 具