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原文传递基于安全间距策略的商用车队列控制研究

论文题名：	基于安全间距策略的商用车队列控制研究
关键词：	商用车;队列控制;安全间距策略;队列稳定性;轨迹规划
摘要：	商用车队列利用车载传感器、车间通讯以及自动控制等技术，使队列内车辆行驶时保持合理的车间距，从而达到减小燃料消耗与降低污染物排放的效果。商用车队列行驶通过缩短车间距可以实现节能减排，但同时也增加了追尾碰撞这一安全风险。保证队列稳定是防止队列发生追尾碰撞并安全行驶的前提，因此需要设计合理的间距策略与队列控制器保证队列稳定。此外，队列中领航车的目标速度与目标轨迹会对跟随车的跟踪产生影响，并且商用车队列的横纵向行驶控制也是队列控制需要研究的问题。因此从保证队列安全稳定行驶的角度考虑，商用车队列安全间距策略的研究与横纵向控制器的研究均有重要意义。　　针对上述问题，依托吉林省科技发展计划项目“线控一体化底盘电动汽车自动换道决策与控制研究”（编号：20230101121JC），本文在车辆队列研究现状的基础上，设计适用于商用车队列的安全间距策略与队列横纵向控制器。首先，设计队列安全间距策略使队列内车辆保持合理的车间距。其次，设计商用车队列纵向耦合积分滑模控制器保证队列安全稳定行驶。然后，将队列中领航车的目标速度与目标轨迹进行规划。最后，设计队列横向轨迹跟踪控制器，并对队列纵向耦合积分滑模控制器与队列横向轨迹跟踪控制器的有效性进行验证。主要研究工作具体如下：　　（1）传统间距策略分析与安全间距策略设计。首先，分析对比已有的车辆队列传统间距策略并总结其各自的优势。然后，在已有传统间距策略基础上，根据队列行驶间距受道路环境与车辆状态的影响，提出同时考虑行驶车速、路面附着系数以及制动延迟等因素的队列安全间距策略。最后，仿真对比分析所设计的队列安全间距策略、固定间距策略、定时距间距策略和变时距间距策略的有效性。　　（2）商用车队列纵向耦合积分滑模控制器设计与稳定性分析。首先，改进滑模控制器中的积分滑模面，在队列安全间距策略的基础上设计队列纵向耦合积分滑模控制器。然后，通过李雅普诺夫稳定性分析证明耦合积分滑模控制器能够保证队列稳定行驶。最后，设计基于自适应巡航策略和串联PID控制策略的队列纵向控制器。　　（3）领航车目标速度与目标轨迹规划。首先，采用二次规划算法设计领航车目标速度，使队列中领航车的目标速度满足车辆动力学约束条件。然后，基于五次多项式轨迹规划算法对领航车的目标换道行驶轨迹进行规划。最后，测试与验证领航车换道轨迹跟踪控制策略。　　（4）商用车队列横向轨迹跟踪控制器设计与横纵向控制器仿真验证。首先，采用LQR算法与前馈控制设计队列横向轨迹跟踪控制器，使队列内车辆完成换道行驶功能。然后，基于TruckSim和MATLAB/Simulink搭建联合仿真测试平台，建立商用车队列行驶仿真环境，设置加减速巡航与紧急制动典型工况，对耦合积分滑模控制器、基于自适应巡航策略控制器与串联PID控制器进行仿真对比验证。最后，设置直线行驶与换道行驶工况，对横向轨迹跟踪控制器与纵向耦合积分滑模控制器进行仿真测试与验证。
作者：	赵倩
专业：	车辆工程
导师：	宗长富
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023