[发明专利]一种基于同态加密的车辆自适应变速巡航过程控制方法

摘要

一种基于同态加密的车辆自适应变速巡航过程控制方法，针对车辆自适应变速巡航控制领域数据存储及云计算安全性的控制要求，建立车辆自适应变速巡航过程三阶状态空间扰动扩展数学模型，通过MatLab命令函数lqr计算车间距控制器增益向量，将增益向量与当前状态量实时加密后上传至云端存储，在云端对密文进行乘法运算而后传输回车辆，进而解密并求得车辆自适应变速巡航过程车间距控制量，实现本车车辆安全存储数据、减轻系统计算量下的车辆自适应变速巡航控制。本发明控制方法的优点是理解简单、参数设置少、通用性强、在线计算压力小，使得车辆自适应变速巡航系统的存储以及计算压力降低且又保证了系统信息安全问题。

主权项

1.一种基于同态加密的车辆自适应变速巡航过程控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：1)、建立车辆自适应变速巡航过程状态空间扰动扩展数学模型，参见式(1)：其中，变量t表示时间；x₁(t)、x₂(t)和x₃(t)分别表示在t时刻前车与本车的间距误差、相对速度和本车加速度；u(t)表示在t时刻本车的命令加速度；w(t)表示在t时刻前车的实际加速度；参数h和σ分别为车头时距和时间常数；考虑模型式(1)，定义车辆自适应变速巡航过程的状态列向量x(t)＝[x₁(t) x₂(t) x₃(t)]^T，其中，符号T表示向量的转置；在x(t)、x₁(t)、x₂(t)和x₃(t)上的点号“·”表示导数；2)、给定4个大于零的参数R₁、R₂、R₃和R₄，定义车辆自适应变速巡航过程控制器增益系数k₁、k₂和k₃；令行向量K＝[k₁ k₂ k₃]为增益向量，将通过MatLab命令函数lqr计算，参见式(2)：K＝lqr(A,B,Q,R₄)   (2)其中，增广矩阵和3)、选择两个大于零的素数p和q，计算n＝p×q，则车辆自适应变速巡航加密系统的公钥为p，私钥为n；对于明文空间的任意值x，计算加密值，参见式(3)：X＝smod((x+sign(x)×rand×p),n)   (3)其中，函数m是一个有理数，k是一个正素数，mod是普通求模运算，rand返回一个随机正整数，sign(x)是取符号函数；将当前时刻前车与本车的间距误差x₁(t)、相对速度x₂(t)、本车加速度x₃(t)和三个控制器增益系数k₁、k₂和k₃统一精度后进行整数化，即X＝I(x)＝x×10^e，其中e为x小数点后面的位数，符号I(x)表示对系数x的整数化运算函数；记录六个系数的小数点位分别为e1、e2、e3、e4、e5和e6，然后对整数化后的六个值用公式(3)进行加密，加密后可得密文X₁、X₂、X₃、K₁、K₂、K₃；4)、将加密后的车辆信息存储于云端服务器，由云计算对密文做乘法运算，得到三组值分别为U₁＝X₁×K₁、U₂＝X₂×K₂、U₃＝X₃×K₃   (4)5)、车辆系统接收云端传回来的三组密文信息并解密，参见式(5)～(7)：u₁(t)＝D(U₁)＝smod(U₁,p)×10^‑(e1+e2)   (5)u₂(t)＝D(U₂)＝smod(U₂,p)×10^‑(e3+e4)   (6)u₃(t)＝D(U₃)＝smod(U₃,p)×10^‑(e5+e6)   (7)其中，符号D表示解密操作；实时计算车辆自适应变速巡航过程控制量u(t)，参见式(8)：u(t)＝‑(u₁(t)+u₂(t)+u₃(t))   (8)将u(t)驱动本车跟踪前车运动状态；在下一个控制周期时，重新返回步骤3)在线测量前车与本车的间距误差、相对速度和本车加速度，如此周而复始，实现本车安全存储数据、减轻系统计算量下的车辆自适应变速巡航过程控制。