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原文传递基于一致性的智能网联车辆队列分层协同控制研究

论文题名：	基于一致性的智能网联车辆队列分层协同控制研究
关键词：	智能网联车辆;队列控制;通信延时;观测器;动力学信息
摘要：	从全球范围看，汽车行业进入了向智能化和网联化的升级转型阶段，其中智能网联汽车是各国争相抢占的“智”高点之一。智能网联汽车队列协同控制作为智能网联汽车的一个重要应用领域，开展相关的研究对于推动国家创新、提高交通安全、实现节能减排等方面具有重大战略意义，是助推《交通强国建设纲要》、《中国制造2025》的重要举措。由于涉及到复杂的外部交通环境，车辆间的非线性耦合关系以及网联环境下交通信息交互多元化，车辆队列协同控制有许多难题尚未解决。主要包括：车辆动力学因素对车辆队列行驶的影响；在外部干扰和多种通信拓扑结构下实现车辆队列的性能优化；在加速度信息缺失和通信延时下难以保持队列稳定性等问题。因此，本文以智能网联车辆队列系统为研究对象，分别从实现考虑车辆动力学信息(电子节气门开度)影响下的车辆队列一致性，实现外部干扰和多种通信拓扑下的车辆队列性能优化以及保持加速度信息缺失和通信延时影响下的队列系统稳定性等方面开展研究。　　论文的主要内容包括：　　(1)针对车辆动力学信息(电子节气门开度)和车辆间非线性耦合关系对车辆队列的影响，提出了考虑电子节气门开度影响的车辆队列控制算法　　首先，基于二阶积分器模型，考虑车辆状态信息(位置和速度)，以及车辆电子节气门开度，设计了车辆队列控制器。然后，利用Routh稳定判据分析方法得到所设计的控制器的稳定性条件。最后，进行了数值仿真验证，得出考虑电子节气门开度可以降低车辆的加减速峰值，有效提高乘客的舒适性。　　(2)针对外部扰动和多种通信拓扑下的车辆队列性能优化问题，提出了车辆队列优化控制算法　　在研究内容一的基础上，本章节考虑外界扰动的影响，研究车辆队列控制优化问题。首先，基于车辆三阶动力学模型，设计了一种基于线性二次型调节器和滑模控制器的新控制器，考虑外界扰动的影响，保证车辆队列的一致性和稳定性。设计了基于线性二次型调节器的控制器，以保证队列中车辆的一致性，并且在多种通信拓扑下实现性能的优化。此外，滑模控制器用于处理外部干扰。然后，利用Lyapunov方法分析了车辆队列的稳定性和通信拓扑的影响。最后，通过数值仿真实验验证了该方案的优越性。　　(3)针对加速度信息使得队列控制器性能提升，但增加了通信负荷以及通信延时下车辆队列稳定性问题，提出了基于一致性的车辆队列分层协同控制器　　首先，基于分层控制策略分别设计上下层控制器，通过上层控制器优化期望加速度，下层控制器克服车辆模型非线性实现期望加速度和实际加速度的一致，上层控制器设计过程中，基于三阶线性化车辆模型，考虑观测器、车辆动态耦合特性和通信延时,提出一种通信延时环境下基于观测器的车辆队列控制器，利用观测器估计自身车辆与领导车辆之间的加速度误差从而减轻通信负担。然后利用Lyapunov-Krasovskii方法分析了车辆队列的稳定性，并得出了通信延时上界，同时利用传递函数方法分析了串稳定性。最后，利用PreScan软件中高保真车辆动态模型，验证了所提分层控制策略的有效性。
作者：	朱永薪
专业：	控制科学与工程
导师：	李永福
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆邮电大学
学位年度：	2022