[发明专利]协同自适应巡航控制鲁棒容错方法及装置

说明书

本发明公开了一种协同自适应巡航控制鲁棒容错方法及装置，构造带有非线性系统参数摄动、多源未知外界干扰和雷达性能缺陷、执行控制性能缺陷的车辆系统数学模型；设计CACC‑SOTIF鲁棒非脆弱动态输出反馈H∞主动容错控制器，构造带有干扰估计误差、雷达性能缺陷的估计误差、执行控制性能缺陷估计误差和未知干扰的增广闭环系统；求解CACC‑SOTIF鲁棒非脆弱动态输出反馈H∞主动容错控制器的增益，使带有干扰估计误差、雷达性能缺陷的估计误差、执行控制性能缺陷估计误差和未知干扰的增广闭环系统渐进稳定，并具有H∞性能。该方法能够在保障协同自适应巡航控制预期功能安全的同时，应对车辆系统参数时变摄动、控制器参数摄动、多源外界干扰问题。

技术领域

本发明涉及智能网联汽车技术领域，特别涉及一种协同自适应巡航控制鲁棒容错方法及装置。

背景技术

协同式自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control，CACC)是最接近最终形态的一种智能网联汽车技术。该技术通过在传统自适应巡航控制(AdaptiveCruise Control，ACC)上扩展V2X无线通信，可以控制车辆形成稳定的队列，进而达到提升道路通行效率、改善交通拥堵状况和减少燃油消耗的目的，是未来高速公路场景下的智能网联汽车技术典型应用。

协同式自适应巡航控制在硬件上依赖复杂、不确定的感知、通信和线控执行设备，在软件上依赖相应的算法，实现在复杂、非结构的道路环境中运行。这些新的特点使协同式自适应巡航控制对性能缺陷带来的风险高度敏感。不仅如此，运行在真实环境中的车辆受到系统不确定、多源外界未知干扰和控制器摄动等固有特性的影响。上述因素对协同自适应巡航预期功能的正确实施和鲁棒性能产生严重的影响，设置导致队列碰撞。

不仅如此，实际道路环境中还存在复杂的未知因素。一方面，车辆的驱动、传动、制动系统都是非线性的，涉及的动力学特性和参数难以获得，且具有受环境和车辆使用状况变化的特性。上述因素将带来车辆系统的不确定。另一方面，多源未知干扰如阵风、前车加速度摄动，雷达传感器测量噪声和控制命令信号噪声在实际环境中也需要考虑。考虑上述因素所设计的控制器通常是鲁棒和优化的，因此，由参数漂移、精度问题带来的任意控制器摄动可能都会使得系统失稳。不仅如此，上述因素对于协同式自适应巡航控制系统都是未知的。考虑到实际道路环境中存在的系统不确定性、多源干扰和控制器摄动问题，协同式自适应巡航控制的预期功能安全问题将更难保障。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种协同自适应巡航控制鲁棒容错方法，该方法解决了协同式自适应巡航控制在实际运行过程中，由于感知传感器和线控执行设备由于自身设计缺陷，造成的整车碰撞等不合理风险的问题，同时应对车辆在实际环境中运行时可能遇到的现实问题，包括：车辆系统参数的非线性时变摄动、控制器参数的非线性时变摄动和外界的多源未知干扰。

本发明的另一个目的在于提出一种协同自适应巡航控制鲁棒容错装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种协同自适应巡航控制鲁棒容错方法，包括以下步骤：

构造带有非线性系统参数摄动、多源未知外界干扰和雷达性能缺陷、执行控制性能缺陷的协同式自适应巡航控制系统数学模型；

设计CACC-SOTIF鲁棒非脆弱动态输出反馈H∞主动容错控制器，并将控制率带回所述协同式自适应巡航控制系统数学模型，以状态、动态输出反馈中间变量为增广状态，构造带有干扰估计误差、雷达性能缺陷的估计误差、执行控制性能缺陷估计误差和未知干扰的增广闭环系统；以及

求解所述CACC-SOTIF鲁棒非脆弱动态输出反馈H∞主动容错控制器的增益，使所述带有干扰估计误差、雷达性能缺陷的估计误差、执行控制性能缺陷估计误差和未知干扰的增广闭环系统达到稳定条件，具有H∞性能。