[发明专利]基于协同式自适应巡航系统混合势函数的车辆控制方法

权利要求书

1.一种基于协同式自适应巡航系统混合势函数的车辆控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、建立车辆误差传递函数模型，将前车和本车的位置、速度和加速度作为车辆误差传递函数模型的输入，获得车辆状态误差q_i；

所述建立车辆误差传递函数模型包括以下过程：

采用恒定的时间间隔策略，得到的期望距离d_r,i为：

d_r,i(t)＝r_i+hv_i(t) (1)

其中，r_i是前后车静止时的最小余量，h是固定时间间隔，v_i为当前后车车速；

对于相同车辆队列的跟驰状态，h不依赖于车辆参数，得到的车间距误差为：

e_i(t)＝d_i(t)-d_r,i(t)＝(s_i-1(t)-s_i(t)-L_i)-(r_i+hv_i(t)) (2)

车辆动力学模型为：

式中，a_i是车辆i的期望加速度；τ是发动机动态的时间常数；

跟驰控制律通过建立误差状态方程进行设计，定义误差状态方程为：

式中，e_1,i是间距误差，e_2,i是速度误差，e_3,i是加速度误差，s_i(t)是车辆i的位置，s_i-1(t)是车辆i-1的位置，L_i是汽车长度，v_i-1为前车车速，a_i-1为车辆i-1的加速度，θ是制动器延迟时间；

误差状态方程在拉普拉斯域中由传递函数G(s)描述，具体关系式根据下式得到：

其中，τ是时间常数，φ是时间延迟；u_i是车辆期望加速度，位置q_i是输出；(s)表示对应的时域变量(t)的拉普拉斯变换，在拉普拉斯域中车间距误差e_i(t)变为：

e_i(s)＝s_i-1(s)-H(s)s_i(s) (6)

车间距策略传递函数定义为：

H(s)＝hs+1 (7)

将传递函数G(s)带入到误差状态方程中，得到第三个误差状态方程，最终得到：

得到车辆误差传递函数的输出，作为车辆状态指示器的车辆状态误差输入：

车辆状态误差输入q_i用来调整误差，并使误差动态稳定，同时补偿前车输入的u_i-1，使本车可以安全的跟随前车；

步骤二、设计混合势函数算法控制器，将步骤一获得的车辆状态误差q_i作为控制器输入，进行车辆跟驰稳定性控制：

2.1)设计车辆状态指示器，将车辆跟驰控制状态分为调整状态以及维持车队稳定状态，根据步骤1获得的车辆状态误差，通过车辆状态指示器判断车辆所处的跟驰控制状态；

2.2)设计PD控制器，当车辆处于调整状态时，通过PD控制器对输入q_i进行PD调节，获得本车期望加速度；

2.3)设计势函数控制器，建立CACC系统势函数，当车辆处于维持车队稳定状态时，通过CACC系统势函数对输入q_i进行反馈控制，获得本车期望加速度；

2.4)在一个车辆混合状态集合内，当车辆处于调整状态集合的时刻，采取PD控制器进行车间距调整，而当车辆处于维持车队稳定状态集合的时刻，采取势函数控制器进行车间距调整。