基于不同安全车距策略的自适应巡航控制稳定性研究

在自适应巡航控制系统的基础上,建立了固定车距和固定时距两种策略下的车辆跟随安全车距模型。针对固定车距策略,研究了在有、无领车的情况下车队的稳定性;针对固定时距策略,研究了其在理想情况下和引入机械延迟、通信延迟的情况下车队的稳定性。并且从车辆跟随误差的传递函数角度出发,给出了能够保障车队稳定的参数关系。最后,通过Matlab数值仿真,结果表明当各参数满足车队稳定性条件时,能保证整个车队的稳定行驶。     

提高安全性和交通流稳定性的车间距策略

提出了一种自治的自适应巡航控制(ACC)车辆的安全变时距(SVTG)车间距策略. 该策略利用ACC车辆的速度与最大减速度信息、SVTG车间距策略和相应的跟车控制律保证ACC车队的车辆安全性、单车稳定性、队列稳定性、交通流稳定性以及高的道路通行能力. SVTG车间距策略克服了固定时距(CTG)车间距策略的交通流不稳定以及变时距(VTG)车间距策略不安全的缺陷. 仿真结果表明SVTG车间距策略的性能优于其他两种车间距策略的性能.     

考虑道路几何设计的智能网联车队横纵向协同控制

针对智能网联车队行驶过程中车辆跟驰和路径跟踪的横纵向协同控制,建立三自由度车辆动力学模型并将其作为控制系统,基于改进的智能驾驶员模型模型设计分层式纵向控制器;基于预瞄-跟随理论设计横向控制器.考虑车辆纵向、横向运动的耦合特性,以纵向速度作为横向控制器的状态变量设计横纵向协同控制策略,在CarSim/Simulink仿真平台搭建车队横纵向协同控制器.采用单移线、隧道工况验证控制器的横向、纵向控制性能;考虑道路弯道、坡度和超高等道路几何设计,设置匝道工况验证控制器横纵向协同控制性能并分析道路超高对车辆跟驰和路径跟踪精度及稳定性的影响.结果 表明:控制器能实现给定工况下车辆速度与转向的跟踪控制,且具有较高的跟踪精度,良好的跟驰效果和行驶稳定性;对于弯道行驶,设置道路超高能使车辆转向平稳,速度跟随精度高且行车间距增加,有利于提高车队行驶安全性.     

基于向量Lyapunov函数方法的顾前顾后型车辆跟随控制

采用固定车辆间距跟随策略,研究考虑前后车辆信息的"顾前、顾后"型自动化公路系统车辆纵向跟随控制.假定被控车辆能获得前后相邻车辆及车队领头车辆的状态信息,基于非线性车辆纵向动力学模型,设计了车辆跟随系统的纵向滑模控制规律;应用向量Lyapunov函数方法和比较原理,对一类无限维非线性关联系统的稳定性进行研究,在假定系统满足全局Lipschitz条件的情况下,以孤立子系统的稳定性条件为基础,得到该类非线性关联系统指数稳定性充分判据;基于该稳定性判据,对"顾前、顾后"型车辆跟随系统的稳定性进行分析,得到系统控制参数的收敛区域.研究结果表明:设计的车辆纵向跟随控制规律能使车辆速度误差和间距误差具有较快的收敛速度.     

基于区间车速引导的公交运行控制方法

通过分析车辆自动定位数据,揭示在随机因素干扰下城市公交线路车头时距偏差呈现随运行过程放大的趋势,且存在非定向放大向定向放大转换的拐点.提出基于动态车头时距偏差阈值的区间车速引导控制方法,给出控制逻辑和引导车速优化模型.案例应用表明,该控制方法能够抑制车头时距偏差放大趋势,一定程度降低了乘客的出行时间成本,有利于维系车队运行秩序,提升线路服务可靠性.     

考虑车队离散的路段行人过街感应式信号控制方法

为了在保证路段行人过街安全与过街需求的前提下,同时提升路段车辆运行效率,本文充分考虑车队离散到达与路段行人过街的动态影响,建立了路段行人过街感应式信号控制方法。首先,本文基于Robertson车队离散模型,以车头时距对上游到达车队进行动态划分,并根据路段行人过街点位预测下游车辆排队状态;以车队离散度选择下游到达车队中车辆作为信号优化输入参数建立感应控制方法,同时分析了路段行人过街位置对配时方案的影响;然后,通过SUMO的交通控制接口(Traffic Control Interface, TraCI)搭建仿真环境,以车辆与行人的综合平均延误,分别对路段单向与双向交通环境的信号配时方案进行仿真验证与对比分析。结果表明,相比传统感应控制而言,优化后的感应控制在单向交通与双向交通情况下,行人与车辆综合平均延误分别降低5.56%、7.06%。     

双线法与横摆角速度法联合的车辆稳定性判据

车辆稳定性判据决定了车辆稳定性控制系统的介入与退出时机,是车辆稳定性控制的基础.设计了一种基于相平面法的车辆稳定性判据,在传统双线法确定的稳定区域中引入横摆角速度法确定的稳定区域,设计联合车辆稳定性判据,协调对质心侧偏角和横摆角速度的控制,并获取稳定性判据的相应阈值变化的数据库,用于在控制过程中查表获得车辆的稳定区域边界.利用质心侧偏角和横摆角速度偏离函数表征控制变量偏离参考值的程度和车辆状态相对稳定区域边界的位置.极限工况下,当车辆状态超出稳定区域边界时,车辆稳定性控制应迅速介入,控制车辆状态回到稳定区域.     

基于随机价格时间博弈理论的车-车通信列控系统控制策略稳定性建模与验证

基于车-车通信的新型列控系统，通过等距离间隔、等时间间隔和变时距3种控制策略实现高效率的列车追踪控制。由于在车队控制中，领航车的控制具有随机性，如何保证不同控制策略中车队的稳定性至关重要。提出了一种基于随机价格时间博弈理论（stochastic priced timed game,SPTG）的车-车通信控制策略建模与验证方法。首先，针对不同控制策略要求，利用随机价格时间自动机，建立包含领航车和跟随车的车队控制模型，并进行稳定性验证；然后，以时间为成本函数，通过对建立车队随机价格时间博弈自动机模型，利用Q-learning强化学习方法得到车队的最优驾驶策略；最后，结合多车运行追踪场景，进行车队的稳定性仿真优化。结果表明：相比于车队的随机运行策略，该方法使得车队的稳定误差更小。     

基于全局快速积分终端滑模的智能车队有限时间纵向控制

针对智能车辆队列纵向协同控制问题,提出一种基于终端滑模和非光滑趋近律的有限时间控制算法以提高车队系统车间距的收敛性能和强队列稳定性。首先,为加快车辆队列车间距误差的收敛速度,实现目标车速的快速跟踪,构建包含车间距误差积分项的全局快速积分终端滑模面(GFITSMS)。其次,针对由外部干扰作用造成的车间距稳态收敛误差,提出连续但不可导的非光滑趋近律(NSRL),并基于提出的GFITSMS和NSRL构建全局快速积分终端滑模控制器(GFITSMC),通过构造Lyapunov函数,分析车队系统的队列有限时间稳定性和车间距误差的快速收敛性。研究结果表明,在首车-跟随(LF)通信拓扑结构下,相较于普通滑模控制器(SMC)和双幂次滑模控制器(DPSMC),所提有限时间控制器使车间距误差收敛时间分别减少了56.3%和50%,误差峰值分别降低了72%和58%。在前车-跟随(PF)通信拓扑结构下,车间距误差收敛时间分别减少了51.4%和48.6%。这表明所提有限时间控制算法在两种不同通信拓扑结构下均能有效地提高车间距误差的快速收敛性能和鲁棒性能,并显著改善由控制器产生抖振导致的车辆频繁加减速现象。     

质心侧偏角相图在车辆ESC系统稳定性控制的应用

通过车辆七自由度模型和Uni-tire轮胎模型,对车辆质心侧偏角相图稳定区域边界进行研究,得到边界随车速及路面摩擦因数变化的关系. 建立了基于质心侧偏角相图稳定区域的车辆电子稳定性控制系统控制方法. 通过与基于理想横摆角速度的控制方法进行比较,文中确定的质心侧偏角稳定区域边界能够对车辆稳定性控制效果进行评价,也能够对车辆轨迹进行跟随.      

Platoon车辆自动控制方法及性能分析

在车辆编队platoon的控制管理中领头车辆为跟随车辆周期性广播其运动参数及驾驶行为等信息是必要的.为了保证车队稳定性和鲁棒性,提出一种platoon车辆的自适应控制方法,该方法考虑领头车辆和相邻前车的动态信息,对包括车辆动力学和控制子系统的闭环线性系统,采用H_∞控制理论求解最优控制增益函数,并给出系统传递函数矩阵和间距误差函数所满足的队列稳定性条件.最后,用该方法得到platoon车辆运动参数及间距误差的变化轨迹,并对比仅考虑前车信息的控制方法.数值结果表明所提方法的控制效果更好,能实现车辆的渐进跟随,保证队列稳定性和驾驶安全性.     

Platoon模式下车载自组织网络性能分析与研究

Platoon的性能可以通过车载自组织网络和协同自适应巡航控制系统得到进一步的提升.提出了一种适用于大规模platoon与自由车辆协同运动的管理协议和管理策略.通过设计适用于platoon的车辆移动模型,并应用于SUMO交通仿真软件中,对车辆场景进行了仿真.同时设计适用于大规模platoon和自由运动车辆的通信分簇协议,利用网络仿真软件NS2对通信性能进行分析,结果证明platoon改善和提升了道路性能和通信性能.     

一种基于最优控制的车队协作算法

为缩短车队通过路口的时间,提出了一种基于最优控制的车队协作算法.首先,根据车辆运动的物理关系构建车队模型,并利用包含原理对其进行分解,获得车队系统的扩展模型.然后,使用最优输出跟踪控制算法,并根据车队安全性要求求取算法中的权重矩阵,得到车队系统的最优控制率.最后,通过收缩原系统获得车队的次优控制率.该方法可以在保证车辆安全行驶情况下,使车队能尽快达到目标巡航速度,从而快速通过路口.仿真和实际实验结果证明了该方法的有效性.     

商用半挂车队列纵向运动协同控制及仿真

基于滑模控制理论设计了一种适用于商用半挂车队列行驶的协同自适应巡航控制算法,并分别采用相邻两车车间通信和领车与跟随车辆直接通信两种通信方式对商用半挂车队进行纵向运动控制,在MATLAB/simulink和Trucksim软件环境下进行联合仿真及性能对比。仿真结果表明,与相邻两车车间通信方式相比较,采用领车与跟随车辆直接通信的方式可以有效缩短每辆跟踪车辆的响应时间和相应的行车间距,增强车队稳定性和安全性,提高道路通行能力。     

车距自控系统跟车模型稳定性仿真分析

用仿真分析方法,对可能用于车距自控系统的跟车模型的稳定性作了分析,主要内容包括：选定了３种可能用于车距自控系统的跟车模型,在以通行能力为约束的条件下,以前车突然制动与平稳降速２种典型驾驶行为和行驶车距与车速２种主要车辆行驶参数,对选定的３种跟车模型作了仿真,根据仿真结果给出了适用于车距自控系统的变速控制模型。     

山区高速公路紧急避险车道辅助车道设置

通过对8处紧急避险车道主线外侧车道车头时距的收集与分析,运用拟合分析和卡方检验,发现当外侧车道交通流小于500veh·h-1时,车头时距符合负指数分布.考虑主线外侧车道交通流量、失控车辆的速度与失控车辆汇入的临界间隙,应用微分法求导得到失控车辆汇入主线外侧车道的汇入概率模型.通过分析失控车辆汇入主线外侧车道的换车道驾驶行为,得到了不同路面状况下车辆汇入临界间隙.在保证失控车辆95%的汇入成功率条件下,计算不同路面状况、主线外侧交通流量与驶入速度下的辅助车道长度设置值.     

非机动车干扰下信号交叉口的通行能力计算

针对城市信号交叉口非机动车干扰机动车行驶的问题,通过调查分析各进口道机动车运行特性,对直行和直左的进口道机动车饱和车头时距及通行能力计算方法进行研究。首先,从进口道停车线出现4种不同跟驰模型的概率出发,构建车辆起始阶段混合车头时距模型,结合实际数据得到车头时距的修正系数;然后,分析采集数据得到非机动车数量对驶入信号交叉口的机动车混合车头时距的影响,采用回归分析法构建对应的特征模型;最后结合交叉口实际信号灯时间计算通行能力。研究结果表明：本文采用的通行能力计算方法与实测值的误差为2.5%,较《城市道路设计规范》法及HCM通行能力计算法的误差小,提高了信号交叉口通行能力计算结果的精准度。     

考虑电子节气门开度的车辆队列纵向协同控制

针对车辆动力学模型,在车用无线通信技术（vehicle to everything,V2X）条件下设计了一种新的车辆队列纵向协同控制器,进行了理论分析与实验验证。基于三阶车辆模型,考虑前车跟随车通信拓扑,设计了一种考虑电子节气门开度的车辆队列纵向协同控制器,分析了系统稳定性和串稳定性以及电子节气门开度对稳定性的影响;针对网联车辆队列控制,开发了PreScan和Matlab/Simulink的联合仿真平台和车联网设备的实验平台,开展了仿真和实验验证。研究结果表明,所提控制器能够实现车辆队列控制的目标,但在现场实验中,车辆在加速度、速度和车辆间距的变化上不如仿真实验中光滑且严格收敛,在实验安全及误差范围内仍呈现出一致性的趋势,验证了所提控制器的有效性。