[发明专利]一种车辆多队列协同控制方法

说明书

本发明公开了一种车辆多队列协同控制方法，该方法基于三阶车辆纵向动力学模型，车队间采用恒定间距策略，车队内采用恒定车头时距的间距策略，建立队列领导车辆的控制模型和车队内车辆的协同控制模型；运用稳定性理论对车辆多队列系统进行稳定性分析，得到多队列系统的稳定性条件。本发明可实现多队列系统队列间的协同控制，同时保证队列内车辆的协同驾驶，对复杂队列系统具有更好的适应性，提高了队列系统的稳定性和安全性。

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种车辆协同控制方法。

背景技术

智能交通系统(Intelligent Transportation System,ITS)主要是运用先进的科学技术，如计算机、数据通信、信息、传感器、自动控制、人工智能等技术，使道路、汽车与用户三者的资源合理利用，建立起安全、高效、清洁以及节能的综合运输系统。5G通信技术的不断发展也为ITS提供了一定的技术基础。

车辆队列控制是智能交通系统的研究热点之一，对解决实际交通问题有重要的理论指导意义。车辆队列的稳定性控制需要考虑车辆队列的内聚性能和稳定裕度，内聚性能是描述车队在随机扰动下的鲁棒性，稳定裕度是描述车队在初始扰动下的衰减速度。由于车队的稳定裕度会随着车队中车辆数目的增加而降低，随着车辆间的无线通信距离增大而降低，因此车队中车辆数目不易过多，可以将一组多辆车协同行驶的车队分成多个车队。车辆多队列的协同控制，不仅能保证车辆队列的稳定性，而且还能保障车辆间的通信质量。同时，车辆多队列行驶可以有效缩短车辆间的安全间距，提高交通效率，保证交通安全，并且车辆队列按照流线型行驶，能够减小车辆受到的空气阻力，降低油耗和尾气污染。因此，研究车辆多队列协同控制具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种车辆多队列协同控制方法，该方法基于三阶车辆纵向动力学模型，车队间采用恒定间距策略，车队内采用恒定车头时距的间距策略，建立队列领导车辆的控制模型和车队内车辆的协同控制模型；运用稳定性理论对车辆多队列系统进行稳定性分析，得到多队列系统的稳定性条件。本发明可实现多队列系统队列间的协同控制，同时保证队列内车辆的协同驾驶，对复杂队列系统具有更好的适应性，提高了队列系统的稳定性和安全性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1：构建车辆多队列，车辆多队列由N辆车组成，其中车队的数目为m+1，编号为0,1,…,m，N_k表示第k个车队车辆的数目，车队中车辆编号为0,1,…,N_k-1；

步骤2：在车辆多队列系统中，每个车队有一辆领导车辆，位于车队的首位，第一个车队的领导车辆是整个车辆多队列的领导车辆；

步骤3：车辆多队列系统中车辆通过车车通讯通信方式获得其他车辆的位置、速度、加速度信息，相邻车队间能够通信；

步骤4：确定车辆多队列系统中车辆的纵向动力学模型，表示为：

其中，x_i,k、v_i,k、a_i,k和u_i,k(t)分别表示第k个车队内第i辆车的位置、速度、加速度和控制输入；T_i,k表示第k个车队内第i辆车的纵向动力系统的传动系数；t表示时间；

步骤5：多车队系统中车队间采用恒定间距策略，队列间的期望间距用S_min表示；车队内车辆采用恒定车头时距的间距策略，车队内相邻两车停车时的最小安全间距用s_min表示；

根据步骤1、步骤2和步骤3获得领导车辆状态信息，计算出第k个车队内第i辆跟随车辆距离本车队领导车辆的期望间距d_i0,k：