[发明专利]一种严格避撞的车辆队列跟驰控制方法和控制系统

说明书

本申请公开了一种严格避撞的车辆队列跟驰控制方法和控制系统，该控制方法包括：步骤1，获取车辆队列中前方车辆的第一行驶信息、自身车辆的第二行驶信息以及自身车辆与前方车辆之间的车间距测量值；步骤2，根据车辆执行器的饱和特性信号参数和车辆不确定动力学模型，构建车辆控制器的动力学计算模型；步骤3，根据第一行驶信息、第二行驶信息和车间距测量值，利用动力学计算模型，计算自身车辆的车辆控制器的控制力输出值，其中，控制力输出值用于控制自身车辆跟随前方车辆行驶。通过本申请中的技术方案，结合车辆的复杂不确定性以及执行器的饱和特性，构建非线性车辆动力学模型，优化车辆队列的跟驰控制，提高车辆队列的避碰性能。

技术领域

本申请涉及自动驾驶的技术领域，具体而言，涉及一种严格避撞的车辆队列跟驰控制方法以及一种严格避撞的车辆队列跟驰控制系统。

背景技术

车辆队列行驶技术是指将同一车道的邻近车辆进行编队，根据编队中其他车辆信息自动调整该车辆的运动状态，最终达到一致的行驶速度和期望的空间构型。队列行驶可以显著减缓交通拥堵、改善交通效率、提高驾驶安全性和改进燃油经济性。

车车通信技术、智能控制技术是实现车辆编队行驶的核心技术。新兴通信技术的发展，如DSRC(专用短程通信技术)、5G等，为车辆队列提供了高宽带、低延时的无线通信方案。借助这些无线通信方案，队列中的车辆能获取更多车队中其他车辆的信息，来优化该车的控制器设计。

而现有技术中，大多数车队的控制方法旨在保证每辆车的局部稳定性以及队列稳定性，即跟车误差不向车队后方扩大的性质。但是，并未考虑车队系统中单辆汽车行驶过程中的瞬态性能，如超调现象，使得单车的局部稳定性以及队列稳定性并不能完全保证队列避撞，尤其是在实际车辆动力学模型中存在复杂不确定性以及实际车辆执行器存在饱和特性的情况下，队列系统的瞬态性能会被恶化。

另外，现有的控制方法，依赖于车辆间的复杂通信拓扑关系，不可避免的会引入通信时延、数据丢包、通信拓扑切换等不利现象。

发明内容

本申请的目的在于：结合车辆的复杂不确定性以及执行器的饱和特性，构建非线性车辆动力学模型，优化车辆队列的跟驰控制，提高车辆队列的避碰性能。

本申请第一方面的技术方案是：提供了一种严格避撞的车辆队列跟驰控制方法，方法适用于车辆队列中头车后方多辆车辆的跟驰，方法包括：步骤1，获取车辆队列中前方车辆的第一行驶信息、自身车辆的第二行驶信息以及自身车辆与前方车辆之间的车间距测量值；步骤2，根据车辆执行器的饱和特性信号参数和车辆不确定动力学模型，构建车辆控制器的动力学计算模型，其中，饱和特性信号参数的计算公式为：

式中，i为车辆队列中跟随车辆的编号，φ_i为饱和特性信号参数，为饱和特性信号参数的导数，为可调参数，h_i为车头时距，D_i为第i辆跟随车辆的名义质量的倒数，σ_i为第i辆跟随车辆的车辆执行器的名义延迟的倒数，f_i(e_i)为车间距误差e_i的双射函数表达式，sat(·)为车辆执行器的输入值，u_ii为车辆控制器的控制力输出值；

步骤3，根据第一行驶信息、第二行驶信息和车间距测量值，利用动力学计算模型，计算自身车辆的车辆控制器的控制力输出值，其中，控制力输出值用于控制自身车辆跟随前方车辆行驶。

上述任一项技术方案中，进一步的，步骤2中，具体包括：步骤21，根据车辆行驶的位移和车身长度，计算车辆队列中两辆相邻车辆间的车间距误差的计算值；步骤22，利用双射函数和车间距误差范围的取值，将车间距误差的计算值转换为状态函数，状态函数的计算公式为：