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前车-领航车跟随拓扑的车辆队列控制仿真研究
| 论文题名： | 前车-领航车跟随拓扑的车辆队列控制仿真研究 |
| 关键词： | 智能驾驶;队列控制;前车-领航车跟随;换道轨迹;仿真平台 |
| 摘要： | 在智能驾驶中，车辆队列控制可以有效的提升交通利用率，减少燃油消耗量，增加车辆行驶的安全性。国内现有的车辆队列控制对于车辆队列的整体运动趋势考虑较少，导致队列整体控制效果不理想，并且缺乏对队列外车辆加入现有队列的研究。为此，本文针对车辆的队列控制，提出了一种考虑车辆队列运动趋势的基于前车-领航车跟随拓扑的车辆队列控制方法，并研究了队列外车辆加入已有队列的控制方案。 首先，针对车辆队列整体控制方案进行分析，选择分布式控制方案；分析车辆的受力，建立车辆的纵向三阶动力学模型和基于跟踪误差的车辆动力学模型，对车辆队列常用的通信拓扑进行分析，选择前车-领航车跟随拓扑，选择了恒定车头时距车间距策略。 其次，针对单车控制选择分层控制方案，根据分层控制的控制方案设计队列的纵向控制器，基于分布式模型预测控制算法设计考虑车辆队列运动趋势的上位控制器，根据车辆纵向逆动力学模型设计单车的下位控制器，并采用PID算法对下位控制器进行误差补偿，并对下位控制器进行验证。 再者，本文对队列外车辆加入已存队列的情况进行了分析，设计相应的换道入队流程，针对换道轨迹，设计结合乘客舒适性和换道效率的五次多项式换道轨迹算法，对五次多项式换道时间进行优选，并且根据基于跟踪误差的车辆动力学模型设计LQR轨迹跟踪控制器。 最后，本文利用Carsim和Simulink搭建了车辆队列控制仿真平台。仿真结果表明本文所设计的基于前车-领航车跟随拓扑的分布式模型预测控制器在车辆队列行驶时控制性能较好，对比传统的前车-领航车模型预测控制器，最大间距误差更小，且在队列稳定性方面表现更优，并且在紧急制动工况下也能保持良好的性能。仿真结果证明队列外车辆加入现有车辆队列的换道入队方案的有效性，并且轨迹跟踪控制器可以很好地跟踪换道轨迹。 |
| 作者： | 王震 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 翟元盛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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