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原文传递车队横纵向串稳定协同自适应巡航控制策略研究

论文题名：	车队横纵向串稳定协同自适应巡航控制策略研究
关键词：	协同自适应巡航控制;通信拓扑结构;车辆队列
摘要：	协同自适应巡航控制系统（CACC）是在传统的自适应巡航控制（ACC）技术的基础之上融合新一代传感器技术、通信技术等发展而来的车辆列队辅助驾驶系统。其在自适应巡航的控制结构中加入了车-车通信的前馈信息，能够使得车辆队列中的成员车辆对突发状况做出更迅速的反应，并保持更小的车间距跟随行驶，同时提高车辆行驶的安全性、舒适性，增加道路通行效率。　　但是，目前的协同自适应巡航控制策略大多注重于车辆的纵向控制，而车辆实际行驶过程中所面临的环境复杂多变，车辆不可避免的需要进行横向控制。并且只考虑前车的纵向前馈信息势必会对车-车通信的交互信息造成浪费，从而影响车辆的控制性能。　　针对以上问题本文提出了基于H∞理论和MPC控制原理的车队横纵向串稳定协同自适应巡航控制策略。该策略能够在确保CACC队列的纵、横向串稳定性的同时兼顾车辆的跟随性、安全性、舒适性和经济性。为协同自适应巡航控制系统提供新的思路。　　研究分析了不同通信拓扑结构的原理特点和控制效果以及协同自适应巡航控制的不同性能需求及评价指标，推导了协同自适应巡航控制系统串稳定条件，设计了协同自适应巡航纵横向综合控制的总体框架，为控制器的设计提供依据。　　基于协同自适应巡航控制串稳定性的概念，针对协同自适应巡航控制系统的纵向控制问题，并考虑通信延迟的影响与单车跟随行驶控制性能指标，建立了车辆队列成员跟车间距策略与纵向动力学方程。同时将单车前瞻控制结构，与车辆动力学模型、车间距策略融入H∞控制经典结构框架，建立了协同自适应巡航控制H∞纵向车辆队列控制结构，实现协同自适应巡航控制纵向列队行驶的相关性能要求。　　类比传统协同自适应巡航控制系统的纵向串稳定需求，针对CACC系统横向控制问题定义了协同自适应巡航控制系统的横向控制需求及性能指标。设计了MPC控制器处理车辆行驶过程中的纵横向耦合问题，并对车辆在行驶过程中的环境影响及自身结构性能加以约束限制，实现被控车辆车速的预测。针对车辆队列横向控制目标，建立了车辆动力学模型和车辆跟随横向误差模型，并基于MPC预测车速将车辆模型、车队横向控制性能指标与H∞控制原理相结合，设计了车辆队列横向串稳定控制结构，保证了协同自适应巡航控制的横向串稳定性与跟随性能。　　整合了协同自适应巡航控制纵向控制器与横向控制器，建立了CACC系统的纵横向综合控制结构。在MATLAB/Simulink下搭建了多车列队协同控制队列，并建立了不同行驶场景用于验证了所设计控制结构的可行性，同时搭建了传统PID控制与单点预瞄控制的车辆队列，对所设计控制器的控制效果进行比较,验证了所设计控制器的优异性能。
作者：	秦伦辉
专业：	车辆工程
导师：	郭建华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023