[发明专利]一种基于轮速前馈补偿的纵向车辆队列协调控制系统

权利要求书

1.一种基于轮速前馈补偿的纵向车辆队列协调控制系统，其特征在于：包括由n辆车组成的纵向车辆队列，队列中的个体车辆通过车载激光雷达传感器探测与其前方距离最近的车辆的间距和相对速度，来跟踪其前方距离最近的车辆的运动；队列中个体车辆的车载控制系统是一种三层的体系结构：顶层是队列控制器，其功能是在保证整个车辆队列稳定的前提下，根据与其前方最近车辆的期望间距、期望相对车速以及前馈的车轮旋转速度信息ω_wi，计算输出初步的目标加速度中间层是协调决策模块，该模块根据实际的路面附着条件和顶层队列控制器输出的初步目标加速度对队列的控制目标和车辆自身的动力学稳定性两个方面进行协调，决策输出最终的队列目标加速度底层是车辆动力学控制器，其作用是通过对车轮驱动力矩和制动力矩的主动调节，在保证车辆纵向动力学稳定即不发生车轮大滑移而失稳的前提下，使车辆的实际加速度值尽可能的趋近于中间层协调决策模块输出的最终队列目标加速度从而实现队列的控制目标；

所述的顶层队列控制器采用基于轮速前馈补偿的定时距控制策略，即个体车辆的轮速信息被纳入顶层队列控制器并参与顶层队列控制的决策，对于第i辆车，顶层队列控制器输出的初步目标加速度计算方式如下：

式中，x_i-1、分别代表车辆i-1的位置和速度，x_i、分别代表车辆i的位置、速度和加速度，ω_wi、r_wi分别代表车辆i的轮速和车轮滚动半径，h_w代表定时距策略的时距常数，k_p、k_v、k_w分别代表间距控制增益、相对速度控制增益、轮速前馈补偿控制增益；所述的轮速ω_wi取该车辆所有车轮轮速中最大的一个。

2.根据权利要求1所述的一种基于轮速前馈补偿的纵向车辆队列协调控制系统，其特征在于：所述的中间层协调决策模块的决策过程为：

1)根据车辆的动力学状态并利用参数估计算法实时估计路面附着系数，进而估计得到车辆的加速度极限a_imax；

2)如果顶层队列控制器输出的初步的目标加速度不超过估计的车辆加速度极限，即则最终的队列目标加速度否则如果顶层队列控制器输出的初步的目标加速度超过了估计的车辆加速度极限，即则最终的队列目标加速度

3.根据权利要求1所述的一种基于轮速前馈补偿的纵向车辆队列协调控制系统，其特征在于：所述的底层车辆动力学控制器采用双反馈回路的控制方法，跟踪队列的目标加速度和期望的车轮滑移率，车轮驱动/制动力矩按下式计算：

其中：

上式中，分别代表加速度跟踪的车轮修正力矩和车轮滑移率跟踪的车轮修正力矩，k_Pa、k_Ia、k_Da分别代表加速度跟踪控制的比例、积分、微分控制参数，k_Ps、k_Is、k_Ds分别代表车轮滑移率控制的比例、积分、微分控制参数，Δa_i(t)代表车辆实际加速度a_i与队列目标加速度的偏差，Δs_i(t)代表车轮实际滑移率与期望滑移率的偏差。

4.根据权利要求3所述的一种基于轮速前馈补偿的纵向车辆队列协调控制系统，其特征在于：所述的期望滑移率在20％～30％范围内取值。