體來說，圖2為本發(fā)明雙向自主車隊(duì)模型示意圖，如圖2所示，本實(shí)施例中，縱向 雙向自主車隊(duì)中共有五輛車，其中，Avi為相對(duì)速度誤差，=I1-Wf，％為第i輛車的加 速度。
[0066] 進(jìn)一步地，所述根據(jù)受力分析確定所述車輛動(dòng)態(tài)模型，包括：
[0067] 對(duì)所述車輛進(jìn)行受力分析得到所述車輛的非線性動(dòng)態(tài)模型
[0069] 其中，所述&是加速度的一階導(dǎo)數(shù)，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(zhì)量常數(shù)，所述Hi1是車輛的質(zhì)量，所述A1是車輛 的橫截面積，所述Cdl為拽力系數(shù)，所述dni是機(jī)械拽力，所述G是發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)；
[0070] 根據(jù)反饋線性化方法，將
[0072] 代入所述非線性動(dòng)態(tài)模型，得到線性化車輛動(dòng)態(tài)模型
[0074] 其中，所述不確定性是勒貝格可測(cè)函數(shù)，所述延時(shí)Ti(t)是時(shí)變函 數(shù)，所述K,, (〇為控制器。
[0075] 具體來說，對(duì)非線性動(dòng)態(tài)模型（2)進(jìn)行線性化處理，并將執(zhí)行器的燃油和傳輸延 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)常數(shù)的不確定性及執(zhí)行器飽和等因素考慮進(jìn)車輛模型，進(jìn)一步完善車輛模型。
[0076] 進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述車隊(duì)的機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型和所述車輛動(dòng)態(tài)模型求得車隊(duì)狀態(tài) 空間模型，根據(jù)所述車隊(duì)狀態(tài)空間模型求解所述控制器運(yùn)行參數(shù)，包括：
[0077] 根據(jù)所述車輛動(dòng)態(tài)模型以及所述車隊(duì)結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型得到車隊(duì)狀態(tài)空間模型為
[0079] 其中，所述Xl(t)為車隊(duì)狀態(tài)，所述yi(t)，yil(t)和y l2(t)為車隊(duì)的測(cè)量輸出，所 述^為狀態(tài)矩陣，所述萬控制矩陣，所述Bdl為干擾矩陣，所述C y C11和C 12為輸出矩陣；本

[0081] 具體來說，將線性化的模型轉(zhuǎn)化為特殊形式的車隊(duì)狀態(tài)空間方程，解決了依賴車 載傳感器的距離信息保證車隊(duì)漸進(jìn)穩(wěn)定的控制器難度較大的問題。
[0082] 根據(jù)所述車隊(duì)狀態(tài)空間模型定義李雅普諾夫函數(shù)V1⑴為，
[0084] 其中，所述P1, Q11, Ql2, Ql3, Z11和Z 12為對(duì)稱矩陣，所述:<(〇為X1⑴的轉(zhuǎn)置；
[0085] 對(duì)所述李雅普諾夫函數(shù)求導(dǎo)得，
[0087] 給定適當(dāng)維數(shù)的矩陣?\> 0, N n，Sil和M u，1 = 1，2,…，5,可以得到，

[0101] 并使廣S 0，得到保證車輛漸進(jìn)穩(wěn)定的條件為：存在矩陣？1> 0，T 〇,〇^> 0, j = 1，2, 3, Zini>0，m= UN1PSlllMlllI = 1，2,…，5 和 K1= [kpf kpb kvf kvb]使得矩 陣不等式
成立，其中，所述Τ?為關(guān)于狀態(tài) 矩陣，輸出矩陣和控制矩陣所組成的對(duì)稱矩陣；
[0103] 將所述Rll (?)帶入（4)，并對(duì)其做拉普拉斯變化，可得屮(S)，屮i (S)和a1+1 (S)，在 s域內(nèi)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(duì)隊(duì) 列穩(wěn)定的條件如下：

[0109] 其中，所述idls為受到干擾的車輛，所述kpf，k pb，kvf和kvb為控制器增益系數(shù)。 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過對(duì)（7)進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算和蘇爾補(bǔ)定理，并 將（8)中隊(duì)列穩(wěn)定性的條件帶入（7)的車輛漸進(jìn)穩(wěn)定性條件，可得控制器運(yùn)行參數(shù)為
，其中，所述丨胃和為已知的對(duì)稱矩陣，D1滿足 C1D1= 1〇
[0110] 本實(shí)施例中采用Matlab/Simulink對(duì)一個(gè)由10輛車組成的車隊(duì)進(jìn)行仿真。
[0111] 發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)為f =0.25距離時(shí)間常數(shù)h = 1。仿真中其余參數(shù)設(shè)置為σ = I. 2kg/m3, Ai= 2. 2m 2, Cdi= 0· 35, m ;= 1464kg，d mi= 5Ν，sat ;= 3. 5m/s 2。車況①時(shí)：車隊(duì) 初始速度為l〇m/s，領(lǐng)隊(duì)車突然以3m/s2的加速度加速5s。如圖3所示，車間距離誤差最大 3. 6m，車隊(duì)可以保證實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)穩(wěn)定及隊(duì)列穩(wěn)定。如圖4所示，車隊(duì)的最大加速度為3. 4m/s2， 小于飽和度3. 5m/s2,且滿足燃油經(jīng)濟(jì)的特性；車況②時(shí)：領(lǐng)隊(duì)車輛突然以-3m/s2的加速度 減速5s。如圖5所示車隊(duì)仍然可以實(shí)現(xiàn)間穩(wěn)定和隊(duì)列穩(wěn)定的特性，并且車間距離保持在最 小安全距離之內(nèi)，不會(huì)發(fā)生碰撞等。如圖6所示，車隊(duì)的最大加速度仍然小于3. 5m/s2;車況 ③時(shí)：第五輛車在第7s加速度受到干擾，如圖7所示，車間距離從δ 5到δ 9, δ 4到δ 1依 次減小，車隊(duì)實(shí)現(xiàn)了雙向穩(wěn)定性，且由圖8看到車輛的最大加速度在飽和范圍之內(nèi)，至此完 成算法的數(shù)字仿真，驗(yàn)證了其有效性。
[0112] 本發(fā)明用于在雙向結(jié)構(gòu)的車隊(duì)中車輛執(zhí)行器存在飽和、時(shí)變延時(shí)以及建模不確定 問題時(shí)對(duì)車隊(duì)的穩(wěn)定性進(jìn)行控制，所設(shè)計(jì)的基于李雅普諾夫和線性矩陣不等式的Η"控制 器能夠獲得良好的控制效果，提高了自主車隊(duì)的穩(wěn)定性，降低了自主車隊(duì)控制的成本。
[0113] 最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制； 盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其 依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征 進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技 術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙向自主車隊(duì)控制方法，其特征在于，包括： 雙向自主車隊(duì)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(yùn)行變量，所述變量包括：車輛之間的間距、車輛的相對(duì)速度和車輛的加速度； 根據(jù)所述雙向自主車隊(duì)的結(jié)構(gòu)確定所述車隊(duì)的結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型； 根據(jù)受力分析確定所述車輛動(dòng)態(tài)模型； 根據(jù)所述車隊(duì)的結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型和所述車輛動(dòng)態(tài)模型求得車隊(duì)狀態(tài)空間模型，根據(jù)所述 車隊(duì)狀態(tài)空間模型求解所述控制器運(yùn)行參數(shù)； 根據(jù)所述控制器運(yùn)行參數(shù)和控制器運(yùn)行變量求解所述車輛的加速度； 所述車輛根據(jù)所述加速度控制縱向編隊(duì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述雙向自主車隊(duì)的結(jié)構(gòu)確定 所述車隊(duì)的結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型，包括： 所述車隊(duì)由車輛之間的間距、車輛的速度、車輛長度以及時(shí)間間隔確定所述縱向車隊(duì) 的結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型 Si=Zil-Zi-Li-Iivi (1) 其中，所述S i為第i輛車與第i-Ι輛車的車間距離誤差，所述z i i為第i-Ι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(shí)間常數(shù)，所述V i為第 i輛車的速度。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)受力分析確定所述車輛動(dòng)態(tài)模 型，包括： 對(duì)所述車輛進(jìn)行受力分析得到所述車輛的非線性動(dòng)態(tài)模型其中，所述戍:是加速度的一階導(dǎo)數(shù)，所述(31是執(zhí)行器輸入且(31多0和(31〈0分別表示油 門輸入和剎車輸入，所述σ是空氣質(zhì)量常數(shù)，所述Hi1是車輛的質(zhì)量，所述A1是車輛的橫截 面積，所述Cdl為拽力系數(shù)，所述dnl是機(jī)械拽力，所述Cn是發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)； 根據(jù)反饋線性化方法，將代入所述非線性動(dòng)態(tài)模型，得到線性化車輛動(dòng)態(tài)模型其中，所述不確定性|Δ?| = /(?)是勒貝格可測(cè)函數(shù)，所述延時(shí)T1 (t)是時(shí)變函數(shù)，所 述KatfOO為控制器。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述車隊(duì)的機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型和 所述車輛動(dòng)態(tài)模型求得車隊(duì)狀態(tài)空間模型，根據(jù)所述車隊(duì)狀態(tài)空間模型求解所述控制器運(yùn) 行參數(shù)，包括： 根據(jù)所述車輛動(dòng)態(tài)模型以及所述車隊(duì)結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型得到車隊(duì)狀態(tài)空間模型為 CN 105160870 A _權(quán)利要求書_ _2/2 頁其中，所述Xl(t)為車隊(duì)狀態(tài)，所述yi(t)為車隊(duì)的測(cè)量輸出，所述$為狀態(tài)矩陣，所述 歹控制矩陣，所述Bdl為干擾矩陣，所述C i為輸出矩陣； 根據(jù)所述車隊(duì)狀態(tài)空間模型定義李雅普諾夫函數(shù)V1 (t)為，其中，所述P1, Q11, Ql2, Ql3, Z11和Z 12為對(duì)稱矩陣，所述.<(/)為Xl(t)的轉(zhuǎn)置； 對(duì)所述李雅普諾夫函數(shù)求導(dǎo)，并使0 *得到保證車輛漸進(jìn)穩(wěn)定的條件為：存在 矩陣卩1>0，1'1>0,0^>0，」=1，2,3,21|11>0，111=1，2，隊(duì) 1，511，111，1 = 1，2，."，5和1(1=[1^1^ kvf kvb]使得矩陣不等式成立，其中，所述Il為關(guān)于狀態(tài)矩陣，輸出矩陣和控制矩陣所組成的對(duì)稱矩陣； 將所述帶入（4)，并對(duì)其做拉普拉斯變化，可得ai(s)，ai Js)和a1+1(s)，在s域 內(nèi)分析Ia1(S)Ai1 i (s) I以及Ia1(S)A^1(S) I，并使其均滿足小于等于1，可得到車隊(duì)隊(duì)列穩(wěn) 定的條件如下： hkpb_kvf= 0， 當(dāng) i e [idls，1]時(shí)：〇 2kpb，其中，所述idls為受到干擾的車輛，所述kpf，kpb，MPk vb為控制器增益系數(shù)，通過對(duì) (7)進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算和蘇爾補(bǔ)定理，并將（8)中隊(duì)列穩(wěn)定性的條件帶入（7)的車輛漸進(jìn)穩(wěn)定 性條件，可得控制器運(yùn)行參數(shù)為*其中，所述f和 為已知的對(duì)稱矩陣，D1滿足C A= I，根據(jù)控制運(yùn)行參數(shù)和傳感器傳送變量求得車輛的 加速度。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種雙向自主車隊(duì)控制方法。本方法，包括：雙向自主車隊(duì)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(yùn)行變量，所述變量包括：車輛之間的間距、車輛的相對(duì)速度和車輛的加速度；根據(jù)所述雙向自主車隊(duì)的結(jié)構(gòu)確定所述車隊(duì)的結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型；根據(jù)受力分析確定所述車輛動(dòng)態(tài)模型；根據(jù)所述車隊(duì)的結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型和所述車輛動(dòng)態(tài)模型求得車隊(duì)狀態(tài)空間模型，根據(jù)所述車隊(duì)狀態(tài)空間模型求解所述控制器運(yùn)行參數(shù)；根據(jù)所述控制器運(yùn)行參數(shù)和控制器運(yùn)行變量求解所述車輛的加速度；所述車輛根據(jù)所述加速度控制縱向編隊(duì)。本發(fā)明提高了自主車隊(duì)的穩(wěn)定性。
【IPC分類】G08G1/00
【公開號(hào)】CN105160870
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510564630
【發(fā)明人】岳偉, 郭戈, 王麗媛
【申請(qǐng)人】大連海事大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月7日