[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

说明书

本发明公开了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，包括以下步骤：建立车辆误差传递函数模型，获得车辆状态误差；设计混合势函数算法控制器，将车辆状态误差作为控制器输入，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；设计PD控制器和势函数控制器，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。

技术领域

本发明属智能车及自动驾驶领域，属于车辆通信的车辆队列的控制方法，涉及一种结合莫尔斯势函数和PD控制算法的基于协同式自适应巡航系统混合势函数的车辆控制方法。

背景技术

协同式自适应巡航控制系统(Cooperative Adaptive Cruise Control，CACC)是在传统自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control，ACC)的基础上提出的一种基于车联网和车车协同控制技术的自适应巡航控制系统，该系统把单车ACC功能扩展到整个车辆队列，使车辆更加智能化，车队之间拥有更小的跟车间距，车队之间更加稳定。CACC车辆不仅通过车载设备检测前车行驶状态，还应用车-车无线通信技术，将前车的速度与加速度等行驶状态信息发送至后车。由于采用车-车通信技术，可及时准确的获取前车甚至整个车队车辆的状态信息，使得CACC队列车辆的车间时距更短。自适应巡航控制系统可以有效地减轻驾驶员操作负担，提高汽车的舒适性、燃油经济性以及道路通行率，具有重要的工程应用价值。CACC车辆控制系统分为上层控制—车队控制和下层控制—单车控制，其单车控制与ACC控制系统相似，因此，目前CACC研究重点是其上层控制，即在CACC跟驰模型方面开展研究工作。

CACC系统在满足单车安全性和舒适性等要求之外，还需要保证整个车队的队列稳定性，使得扰动的影响沿着车辆队列方向逐渐减弱。现有的CACC控制算法，如模型参考模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)和PID控制等，主要考虑单车的跟踪性和安全性，在保持车队队列稳定性和抗扰动性能方面仍存在一定不足。

现有技术要解决的关键问题是：在任何状况下，CACC控制器都可以保证车队处于一种相对稳定的状态，并且在这种稳态状态下，提高整个车队的跟踪性和安全性，实现CACC系统的全局和瞬时最优控制，使系统调节误差尽量小。

发明内容

针对现有控制方法的不足，本发明提供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，该方法将PD控制与莫尔斯势函数控制方法相结合，根据车队内车辆的跟车状态，进行控制算法的自动切换，使得CACC车队在不同状态下，都获得最佳的控制性能，保证车队的稳定性，实现CACC控制器的瞬时和全局最优，同时提高车辆的跟随性和安全性，充分发挥CACC系统的自适应能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

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，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；

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设计，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；