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申请/专利权人：昆明理工大学

摘要：本发明公开一种极限工况下的自主汽车队列控制方法，属于智能汽车与智能交通技术领域。本发明建立包含个体车辆动力学及队列跟驰策略的汽车队列非线性动力学系统；推导头‑尾传递函数；根据头‑尾传递函数特征方程，计算不同路面附着和行驶速度工况下满足平衡点稳定性的队列跟驰控制增益参数设计空间Ve；根据头‑尾传递函数∞‑范数，计算不同路面附着和行驶速度工况下满足弦稳定性队列跟驰控制增益参数设计空间Vs；取Ve和Vs交集部分，得到针对目标工况范围队列跟驰控制增益参数设计空间；针对具体路面附着和行驶速度工况，在增益参数空间中确定出具体队列跟驰控制增益。本发明方法能够保证汽车队列在低附着、高速行驶极限操纵工况下安全稳定运行。

主权项：1.一种极限工况下的自主汽车队列控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1建立包含车辆非线性轮胎力、车轮旋转动力学、队列跟驰策略的汽车队列非线性动力学系统；2在平衡点处对汽车队列非线性动力学系统进行线性化，并基于线性化的汽车队列系统构建系统的头-尾传递函数；所述系统的头-尾传递函数的构建具体包括如下步骤：S2-1：个体车辆i存在平衡点：和其中是个体车辆i的初始位置；为个体车辆i的位移平衡点；为个体车辆i的行驶速度平衡点；*t为行驶时间；εit为个体车辆i在t时的跟驰误差；为个体车辆i的跟驰误差平衡点；vit为个体车辆i在t时的行驶速度；为个体车辆i-1的行驶速度平衡点；为领航车的行驶速度平衡点；sit为个体车辆i在t时的滑移率；为个体车辆i的滑移率平衡点；γit为个体车辆i在t时的无量纲化的车轮力矩；为个体车辆i的无量纲化的车轮力矩平衡点；S2-2：在平衡点处对汽车队列非线性动力学系统进行线性化，车轮制动和加速时系统的头-尾传递函数相同，定义个体车辆i的摄动qit为 其中，为个体车辆i位移的摄动；为个体车辆i速度的摄动；为个体车辆i滑移率的摄动；为个体车辆i无量纲化的车轮力矩的摄动；xit为个体车辆i在t时的位移；将个体车辆i的前方车辆i-1的速度摄动和前方车辆j的速度摄动定义为个体车辆i在线性化的汽车队列非线性动力学系统中的输入， 其中，vi-1t为个体车辆i-1在t时的行驶速度；vjt为个体车辆j在t时的行驶速度；为个体车辆j的行驶速度平衡点；可得到个体车辆i的线性化状态空间方程： 式中，Wi,i-1和Wi,j分别为个体车辆i针对前车i-1和个体车辆j的权重系数，0≤j≤i-2；在采用相应车辆的信息时权重系数为1，否则为0；Ai为线性化的状态矩阵，Bi,i-1、B′i,i-1、Bi,j、B′i,j为线性化的输入矩阵，具体为 式中，a12＝1，Ai中其余的项为0；和分别为个体车辆i相对前车i-1和个体车辆j的间距跟驰控制增益；和分别为个体车辆i相对前车i-1和个体车辆j的速度跟驰控制增益；τi为反映执行器响应延迟的时间常数；λi为反映汽车加减速能力的参数；c1、c2、c3为轮胎模型拟合参数；为调整附着系数的百分数；g为重力加速度；hi为车头时距；为个体车辆i相对个体车辆j的车头时距；ui＝miri2Iwi，为车轮相对惯量的无量纲参数，mi为个体车辆i的质量，ri为个体车辆i车轮的有效半径，Iwi为个体车辆i车轮的转动惯量；将个体车辆i的速度摄动定义为个体车辆i在线性化的汽车队列非线性动力学系统中的输出，得到输出方程为 式中，C＝[0100]，为输出矩阵；S2-3：对公式17和21进行拉普拉斯变换，并假设初始条件为零，得到： 式中，分别为的拉普拉斯变换；Γi,i-1s为个体车辆i相对个体车辆i-1的传递函数，Γi,js为个体车辆i相对个体车辆j的传递函数，分别为 其中，sI为拉普拉斯复变量；I为单位矩阵； S2-4：头-尾传递函数Gn,0s通过公式25和26计算； 其中，Γi,i＝Γi,f＝0，0≤i＜f≤n；Γi,f为个体车辆i相对个体车辆f的传递函数；Gi,j为个体车辆j到个体车辆i之间包含所有跟驰车辆动力学的传递函数；3根据系统的头-尾传递函数的特征方程，计算不同路面附着和行驶速度工况下满足平衡点稳定性的队列跟驰控制增益参数设计空间Ve；所述队列跟驰控制增益参数设计空间Ve的具体计算过程包括：令和同时考虑合理的控制增益最大值和kp为相对前车的间距跟驰控制增益，kv为相对前车的速度跟驰控制增益；然后采用数值方法，求解和组合时头-尾传递函数的特征方程的根，最后由满足Res≤0的kp,kv构成满足平衡点稳定性的控制增益参数设计空间Ve；Res为头-尾传递函数的特征方程所有根的实部；4根据系统的头-尾传递函数的∞-范数，计算不同路面附着和行驶速度工况下满足弦稳定性的队列跟驰控制增益参数设计空间Vs；所述队列跟驰控制增益参数设计空间Vs计算过程包括：令s＝iω，i2＝-1，0≤ω≤102rads，和同时考虑合理的控制增益最大值和然后采用数值方法，求解ω从0到102rads时和组合时头-尾传递函数的∞-范数，最后由满足式27的kp,kv组成满足弦稳定性的队列跟驰控制增益参数设计空间Vs； 其中ω为频率；5针对路面附着和行驶速度的目标设计工况范围，取平衡点稳定性控制增益参数设计空间Ve和弦稳定性控制增益参数设计空间Vs的交集部分，得到针对该目标工况范围的队列跟驰控制增益参数设计空间V；6针对具体的路面附着和行驶速度工况，在队列跟驰控制增益参数设计空间V中确定出具体的队列跟驰控制增益。

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