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原文传递网联车辆队列协同控制算法研究

论文题名：	网联车辆队列协同控制算法研究
关键词：	网联车辆队列;协同控制;LPF通信拓扑结构
摘要：	网联车辆队列协同驾驶技术在解决交通拥堵、提高道路通行率、节约能源等方面具有重大意义。车辆队列协同驾驶的控制目标为，在保证队列车辆行驶安全性和跟随效果的同时，尽可能提高乘坐舒适性，减小燃油消耗率。针对此控制目标，本文设计了基于LPF通信拓扑结构的队列车辆跟随策略和基于模型预测控制算法的车辆纵向控制器，在此基础上研究了他车加入现有队列的控制策略。论文的主要工作如下：　　首先，基于分布式控制策略对车辆队列系统进行建模。本文将车辆队列分为车辆动力学模型、车间距策略、通信拓扑结构和分布式控制器四个模块，并对前三个模块分别进行了分析与建模。　　其次，基于分层控制的思想设计了车辆纵向控制器，用以解决车辆队列的多目标优化问题。本文基于模型预测控制算法设计了车辆纵向上位控制器。在此基础上，为了充分利用队列成员车辆的状态信息，本文设计了一种基于LPF通信拓扑结构的跟随策略，用以更新模型预测控制器中的参考状态量。进一步，本文设计了基于查表和插值的车辆纵向下位控制器，用以将纵向上位控制器输出的期望纵向加速度转化为车辆的节气门开度和制动主缸压力。　　再者，在车辆队列纵向协同控制的基础上，提出了一种他车加入现有队列的控制策略。本文分析了他车加入队列的不同工况，并对他车从现有队列所在车道的相邻车道加入队列的工况进行了具体研究。在此基础上设计了基于五次多项式的换道轨迹并构建了相应的优化函数，用以求解最佳换道时间，得到最优换道轨迹。另外，本文设计了基于线性二次型调节器的车辆横向控制器，用以实现车辆换道过程中的轨迹跟踪。　　最后，本文搭建了Carsim-Simulink联合仿真平台进行实验验证。仿真结果表明，本文所设计的基于LPF通信拓扑结构的跟随策略相较于传统跟随策略在多种工况下都具有明显优势。本文所提出的他车加入现有队列的控制算法及相关策略能够保证目标车辆在满足相应约束的前提下顺利加入现有队列。
作者：	霍润发
专业：	车辆工程
导师：	何睿
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022