双向自主车队控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明实施例涉及交通控制技术领域，尤其涉及一种双向自主车队控制方法。
【背景技术】
[0002] 城市交通事故频发、环境污染严重和拥堵已成为一个严重的世界性问题。由于经 济高速发展和城市环境的制约，目前这个问题变得非常棘手。自主车队控制系统是缓解 该问题的首选方案（岳伟，郭戈。通讯网络影响下自主车队的控制，控制理论与应用[J]， 2011，28(7) :1041-1048)。在该系统中，车辆以纵向队列的形式，保持较小的车间距离自动 行驶，从而减少人为因素导致的交通事故和道路的拥挤问题。当车队中某辆车的速度突然 变化时，该变化导致的车间距离误差会沿着车队前后两个方向不断积累扩大，从而引起车 队的不稳定导致车队解体或者追尾事故。因此，在自主车队控制中车队的整体稳定性是极 为重要的。
[0003] 目前，大多数自主车队的控制方法中为了保证车队的队列稳定性，大都采用无线 通讯模块结合车载测距传感器来完成控制器的设计，如基于领队与跟随者的结构（G Guo， ff Yue. Hierarchical platoon control with heterogeneous information feedback, IET Control Theory and Applications[J]，2011. 5(15) :1766-1781)、基于跟随者的结 构（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。每辆跟随车辆基于 无线模块获得的领队车辆或前车的信息（包括速度、加速度和位置）以及由车载传感器测 得的自身的速度、加速度以及与前车的车间距离等信息来完成控制器的设计。
[0004] 然而，采用无线组网的自主车队控制中存在信息传输延时、数据丢包问题，无法保 证车队的稳定性。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供一种双向自主车队控制方法，以克服现有技术中自主车队中存 在稳定性差的问题。
[0006] 本发明一种双向自主车队控制方法，包括：
[0007] 双向自主车队中的车辆的控制器接收安装于所述车辆前后两端的传感器发送的 车辆控制器运行变量，所述变量包括：车辆之间的间距、车辆的相对速度和车辆的加速度；
[0008] 根据所述双向自主车队的结构确定所述车队的结构数学模型；
[0009] 根据受力分析确定所述车辆动态模型；
[0010] 根据所述车队的结构数学模型和所述车辆动态模型求得车队状态空间模型，根据 所述车队状态空间模型求解所述控制器运行参数；
[0011] 根据所述控制器运行参数和控制器运行变量求解所述车辆的加速度；
[0012] 所述车辆根据所述加速度控制纵向编队。
[0013] 进一步地，所述根据所述双向自主车队的结构确定所述车队的结构数学模型，包 括：
[0014] 所述车队由车辆之间的间距、车辆的速度、车辆长度以及时间间隔确定所述纵向 车队的结构数学模型
[0015] δ J= z ； !-Zi-Li-Kvi (1)
[0016] 其中，所述δ i为第i辆车与第i-1辆车的车间距离误差，所述z i i为第i-1辆车 的位置，所述Z1为第i辆车的位置，所述L i为第i辆车的长度，所述h为时间常数，所述V i 为第i辆车的速度。
[0017] 进一步地，所述根据受力分析确定所述车辆动态模型，包括：
[0018] 对所述车辆进行受力分析得到所述车辆的非线性动态模型
[0020] 其中，所述成是加速度的一阶导数，所述(^是执行器输入且C 0和C 0分别 表示油门输入和刹车输入，所述σ是空气质量常数，所述Hi1是车辆的质量，所述A1是车辆 的横截面积，所述Cdl为拽力系数，所述d "是机械拽力，所述€是发动机时间常数；
[0021 ] 根据反馈线性化方法，将
(3 )代入所述非线性动 态模型，得到线性化车辆动态模型
[0024] 其中，所述不确定性I二/(?)是勒贝格可测函数，所述延时T"t)是时变函 数，所述⑴为控制器。
[0025] 进一步地，所述根据所述车队的机构数学模型和所述车辆动态模型求得车队状态 空间模型，根据所述车队状态空间模型求解所述控制器运行参数，包括：
[0026] 根据所述车辆动态模型以及所述车队结构数学模型得到车队状态空间模型为
[0028] 其中，所述Xl(t)为车队状态，所述yi(t)为车队的测量输出，所述3；为状态矩阵， 所述亙控制矩阵，所述Bdl为干扰矩阵，所述C i为输出矩阵；
[0029] 根据所述车队状态空间模型定义李雅普诺夫函数V1 (t)为，
[0031] 其中，所述P1, Q11, Q1^QwZll和Z12为对称矩阵，所述尤(〇为X1 (t)的转置；
[0032] 对所述李雅普诺夫函数求导，并使]5； 0，得到保证车辆渐进稳定的条件为： 存在矩阵 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]使得矩阵不等式
1成立，其中，所述1%为关于状态 矩阵，输出矩阵和控制矩阵所组成的对称矩阵；
[0034] 将所述?带入（4)，并对其做拉普拉斯变化，可得ai (s)，ai i (s)和a1+1 (s)，在 s域内分析Ia1(S)Aill(S)I以及Ia1(S)/a1+1(s)|，并使其均满足小于等于1，可得到车队队 列稳定的条件如下：
[0035] hkpb_kvf= 0，
[0036] 当 i e [idis，1]时：〇 2kpb，
[0040] 其中，所述idls为受到干扰的车辆，所述kpf，k pb，MP kvb为控制器增益系数，通过 对（7)进行代数运算和苏尔补定理，并将（8)中队列稳定性的条件带入（7)的车辆渐进稳 定性条件，可得控制器运行参数为
，其中，所述願^ 和t1为已知的对称矩阵，Di满足C I。
[0041] 本发明由于采取以上技术方案，其有益效果为：
[0042] 1.建立一种双向自主车队结构，该结构的车队不需要无线通信网络，仅仅依赖于 车载距离传感器来检测车间距离信息即可，从而规避由无线通信网络诱导的延时、丢包等 因素，而导致的车队失去渐近稳定性的问题。
[0043] 2.在上述双向自主车队结构的基础上考虑执行器的燃油延时和传输延时、结构的 不确定性和执行器饱和的问题，通过李雅普诺夫函数和线性矩阵不等式分析和设计了保证 车队渐进稳定控制器。
【附图说明】
[0044] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发 明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0045] 图1为本发明双向自主车队控制方法流程图；
[0046] 图2为本发明双向自主车队结构模型示意图；
[0047] 图3为本发明领队车辆突然加速车队的车间距离示意图；
[0048] 图4为本发明领队车辆突然加速车队的加速度示意图；
[0049] 图5为本发明领队车辆突然减速车队的车间距离示意图；
[0050] 图6为本发明领队车辆突然减速车队的加速度示意图；
[0051] 图7为本发明车队中第五辆车受到干扰时车队的车间距离示意图；
[0052] 图8为本发明车队中第五辆车受到干扰时车队的加速度示意图。
【具体实施方式】
[0053] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0054] 图1为本发明双向自主车队控制方法流程图，如图1所示，本实施例方法，包括：
[0055] 步骤101、双向自主车队中的车辆的控制器接收安装于所述车辆前后两端的传感 器发送的车辆控制器运行变量，所述变量包括：车辆之间的间距、车辆的相对速度和车辆的 加速度；
[0056] 步骤101、根据所述双向自主车队的结构确定所述车队的结构数学模型；
[0057] 步骤102、根据受力分析确定所述车辆动态模型；
[0058] 步骤103、根据所述车队的结构数学模型和所述车辆动态模型求得车队状态空间 模型，根据所述车队状态空间模型求解所述控制器运行参数；
[0059] 步骤104、根据所述控制器运行参数和控制器运行变量求解所述车辆的加速度；
[0060] 步骤105、所述车辆根据所述加速度控制纵向编队。
[0061] 进一步地，所述根据所述双向自主车队的结构确定所述车队的结构数学模型，包 括：
[0062] 所述车队由车辆之间的间距、车辆的速度、车辆长度以及时间间隔确定所述车队 的结构数学模型
[0063] δ J= z ； !-Zi-Li-Kvi (1)
[0064] 其中，所述δ i为第i辆车与第i-1辆车的车间距离误差，所述z i i为第i-1辆车 的位置，所述Z1为第i辆车的位置，所述L i为第i辆车的长度，所述h为时间常数，所述V i 为第i辆车的速度。
[0065] 具