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原文传递异质卡车队列协同控制及组队策略研究

论文题名：	异质卡车队列协同控制及组队策略研究
关键词：	异质卡车队列;组队策略;模型预测控制;自适应巡航
摘要：	卡车队列具有提高道路通行能力、降低燃油油耗、解决驾驶员不足问题的潜力，近年来，汽车自动化技术和协同化技术取得了重大突破，为卡车队列商业化落地提供了可能。　　现有研究大多针对同质车队，缺乏对异质卡车队列的研究，同质车队是指动力学特性完全相同的车队，异质则体现在三个方面：“同一车型质量不同”、“不同车型动力源不同”、“通信延时的随机性导致的延迟不同”。现实物流任务中，所有的卡车都是异质的，因此，本文针对异质卡车队列控制问题，以高速公路上相同车型不同载荷质量的卡车队列以及动力源异质卡车队列（队列中既有燃油卡车又有电动卡车）为研究对象，以消除异质队列中的不一致性，保证异质队列的弦稳定性为出发点，基于模型预测控制理论（MPC）设计了一种适用于异质卡车队列跟驰的控制器，探讨了异质卡车队列的最优组队策略问题。本文的研究按照以下步骤展开：　　首先，建立了队列控制所需的单车纵向动力学模型，考虑质量和坡度因素改进了固定时距模型，分析并选用了四种队列通信拓扑结构，基于分层控制思想，设计了下位控制器，下位控制器与Trucksim的联合仿真结果表明，跟随性良好，为下文上位控制器的设计打下了基础。　　其次，在传统自适应巡航（ACC）功能上改进，设计了队列领航车的预测巡航控制器，领航车在安全距离之外基于MPC算法进行主动速度规划，以燃油经济性和时效性为优化目标，提高卡车队列应对坡道场景的燃油经济性，在安全距离之内，保持设定的安全时距行驶。　　然后，设计了队列成员车控制算法。基于分布式模型预测控制（DMPC）设计了适用于四种通信拓扑结构的跟驰控制器，以预测时域内自车预测状态和邻居车辆假设状态的误差最小为优化目标，以终端位置和终端速度为稳定性约束，使用Trucksim和Simulink对控制算法进行了高速相关场景的仿真验证。验证结论如下：在匀速、加速、减速、紧急制动场景下，本文设计的控制器均符合团标要求；坡道场景的仿真结果表明，本文设计的带有领航车速度规划功能的队列相比于领航车定速巡航队列节能7%以上。针对质量差别较大的异质队列，本文提出一种质量相关的动态限制发动机扭矩方法，仿真结果表明，本文方法可以有效地保证异质卡车队列的一致性和稳定性。　　最后，在完成异质卡车队列的控制算法设计之后，针对典型异质卡车队列的排布问题，即组成什么样的队列最优，本文探讨了两种典型异质卡车队列的最优队列：燃油车异质卡车队列（载荷不同）、动力源异质卡车队列（电车和燃油车的混合队列），进行了CHTC-HT工况下的仿真。仿真结论如下：队列成员车的载荷不完全相同，推荐按照质量降序排列，重车位于队列前方位置有利于队列安全且节能地行驶；动力源异质队列，“电车组在前，燃油车组在后”排布方式是最优队列。本文结论对于卡车队列在高速公路上安全、节能的运行以及车辆加入车队应该如何组队的问题，具有一定的理论和实践指导意义。
作者：	王超
专业：	载运工具运用工程
导师：	杨志发
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023