通讯网络影响下自主车队的控制

对通信网络影响下自主式车队的控制,建立了车队通讯网络诱导因素影响下的混合车队控制模型,这模型充分考虑了车队与通讯网络诱导因素（如：量化、延时与丢包）,在很大程度上完善了现有的车队控制系统模型．在该模型基础上设计可以解决车队通讯网络影响的保性能控制算法,并进一步设计克服领队车辆干扰的控制器．仿真试验表明,本文获得的控制方法不但可实现车队的稳定运行控制,而且使车队控制效果大大改善．     

一种协作式车队控制的新方法

针对协作式车队机动过程中存在燃油或制动延时的情况,建立车辆与车队动力学模型,综合考虑本车与相邻前车间的局部信息及领头车的全局信息,提出协作车队纵向控制策略.从避免Slinky-Effects效应出发,得到车队队列稳定条件,根据Lyapunov-Razumikhin方法证明车队中单车稳定性,并将两者相结合共同确定燃油或制动延时界限.在此基础上,分析车间距稳态误差及车队抖动与碰撞的避免条件.最后通过数字仿真检验上述设计,仿真结果对比表明了所提出控制策略具有较好的控制效果.     

考虑后视效应和多前车信息的跟驰模型

网联车跟驰模型的研究可为未来实施大规模的实地测试提供模型参考,已成为交通流及智能交通领域的研究热点.为了更好地研究智能网联车的跟驰特性,在MVD模型的基础上,提出了一种考虑后视效应和多前车信息的跟驰模型(BL-MVDAM),利用线性稳定性分析方法推导出BL-MVDAM模型的交通流稳定性判断依据,并分别分析了模型中各参数对系统稳定性的影响,给出分析结果并进行了数值仿真实验.仿真实验选取在环形道路上给行驶过程中的车队施加轻微扰动,并根据跟驰车对后车的关注程度P和前车数量k设计数值模拟实验,当其他条件一致时,本文模型相比FVD,MVD,OMVC和BLVD模型,BL-MVDAM模型中车队的速度波动率较小,尤其是当P=0.8,k=3 时,车队速度平均波动率最小可以达0.24％,实验分析结果表明,所提出模型在引入后视效应和多前车信息后,具备更优的稳定区域,能较好地吸收扰动且有利于增强车队行驶的稳定性.     

自主车队的非线性建模与控制

针对自主式车队建模与控制这一重要课题,建立了包含路面坡度和风力因素的非线性车辆动力学模型,进而基于反馈线性化方法提出一种对坡度和风速变化具有一定适应能力的非线性PID控制算法,并给出了一种可以克服燃油和传输延时的控制器设计方法以及可允许的延时上限.所得的非线性模型在很大程度上完善了现有的车辆动力学模型.仿真实验表明,该控制方法不但可实现车队的稳定运行控制,而且使车队控制效果大大改善.     

车队速度滚动时域动态规划及非线性控制

考虑自主车辆队列的节能安全问题，本文提出一种车辆队列协同控制方法，该方法可保证车队低能耗安全行驶.首先，充分考虑道路坡度以及车队异质性建立车队非线性模型，利用基于油耗模型的优化指标构建车队速度优化问题，提出一种滚动时域动态规划算法（Receding horizon dynamic programming，RHDP），获得车队的参考速度.然后，基于非线性车辆模型，运用反步法设计车辆跟踪控制器，并进行车队队列稳定性分析.这种协同控制方法的有效性已通过数值仿真和智能交通实验平台的验证.     

过饱和交通状态下的停车延误协调控制模型

选取整个过饱和状态持续作用时间作为研究时段,利用交叉口进口道的车辆到达–驶离图,根据行驶车队头车到达下游交叉口进口道的不同时刻,分别针对行驶车队在一个以红灯启亮为起始的信号周期之内到达和跨越一个以红灯启亮为起始的信号周期到达两种情况,对过饱和交通状态下行驶车队通过协调信号控制交叉口的停车延误进行了分析研究,建立了一套过饱和交通状态下的停车延误协调控制模型,得到了滞留车辆数、停车次数、延误时间等性能指标与相邻交叉口相对相位差、公共信号周期等协调控制变量之间的相关关系,并通过交通仿真对控制模型进行了分析验证,为过饱和交通状态下的协调控制技术方法研究提供了相关理论依据.     

基于STM32的机器人自主移动控制系统设计

针对类车机器人自主移动的问题,首先在非完整约束系统下建立类车机器人低速移动过程的运动学模型和动力学模型,选用适合基础性类车移动机器人研究的自行车模型进行状态分析;在混合式体系结构下用STM32作为机器人自主移动控制系统的核心,给出控制系统框图,完成硬件设计;同时完成环境定位与建图,构建动态贝叶斯网络,最终综合实现类车机器人自主移动的功能。     

基于多Agent仿真的电动汽车分时租赁

“互联网$+$交通”模式产生出一系列新兴业态,对人们的城市交通出行方式带来颠覆性的改变,其中电动汽车分时租赁在互联网租车背景下得到新发展.鉴于此,从多Agent仿真的基本思路出发,以北京一嗨公司为例,针对电动汽车分时租赁系统中的主要对象租赁站、消费者和电动汽车车队进行交互模拟,通过分析车辆平均使用率、平均空闲率以及消费者满意度等对租赁商的运营能力进行评估,探讨车队规模和停车位数量对运营利润的影响.比较消费者还车和站点员工还车情景,同时在Anylogic仿真平台上实现该模型.     

基于粒子群算法的车队滑模控制器参数优化

为保证车辆驾驶过程中的稳定性和安全性,对智能网联式车队控制器参数的优化和选取展开研究.采用领头车-前车跟随策略进行车辆编队,构建网联式车队纵向控制动力学模型,结合滑模控制器规律,利用切换函数,实现网联式车队车辆自适应控制.在此基础上,利用粒子群优化算法,将滑模控制器4个参数设置为空间粒子,通过搜索个体极值和全局极值动态...     

自主车队的非线性建模与控制

针对自主式车队建模与控制这一重要课题,建立了包含路面坡度和风力因素的非线性车辆动力学模型,进而基于反馈线性化方法提出一种对坡度和风速变化具有一定适应能力的非线性PID控制算法,并给出了一种可以克服燃油和传输延时的控制器设计方法以及可允许的延时上限.所得的非线性模型在很大程度上完善了现有的车辆动力学模型.仿真实验表明,该控制方法不但可实现车队的稳定运行控制,而且使车队控制效果大大改善.

     

Platoon架构下VANETs车间通信过程及性能分析

智能车辆编组platoon的稳定运行需要车辆间实时可靠的信息传输来保证.针对应用专用短程通信（DSRC）技术来实现车载自组织网路（VANETs）车间通信的platoon架构,提出了一种车间通信网络性能的分析方法,分别对platoon组内智能车辆间通信和多个platoons组间通信的过程进行了分析.该方法采用长度有限的M/G/1/K排队模型分析数据包到达媒体访问控制（MAC）层的排队过程,得到不同网络负载下缓冲区排队状态的平稳分布;并且在缓冲区可能处于空闲状态时,利用Markov模型分析方法得到不同车辆位置的车间通信性能.研究结果表明：网络数据流量、信道条件、MAC层缓冲区排队过程、争用信道退避过程以及platoon参数对车间通信的包传输时延和包丢失概率等网络性能有显著影响,数值分析结果验证了专用短程通信技术下的车间通信具有较小的信息传输延时,能够满足platoon稳定运行的要求.     

考虑通信延时的platoon跟车控制模型

自主巡航控制与车载自组织网络是形成platoon的两项关键技术.自主巡航控制为车辆自动驾驶提供支持,车载自组织网络使车辆间通信成为可能.以往的研究通常将platoon中的通信与控制分开讨论,忽略了两者之间的内在联系,造成在通信不理想的情况下platoon的跟车控制效果不佳的结果.对此,分别建立platoon结构模型与通信模型,分析通信与控制的相互作用,并在IDM(Intelligent driver model)模型的基础上增加加权约束规则和信息预估策略,提出一种弥补通信延时影响的改进跟车控制模型,期望降低通信延时对platoon的影响作用,提升platoon的整体性能.在SUMO、OMNeT$ ++ $及VEINS联合搭建的platoon仿真平台上对模型性能进行评估,实验结果表明,在存在通信延时的场景下改进跟车模型可以有效提升platoon的稳定性和安全性.     

基于深度强化学习的网联车辆队列纵向控制

针对车辆队列中多目标控制优化问题,研究基于强化学习的车辆队列控制方法.控制器输入为队列各车辆状态信息以及车辆间状态误差,输出为基于车辆纵向动力学的期望加速度,实现在V2X通信下的队列单车稳定行驶和队列稳定行驶.根据队列行驶场景以及采用的间距策略、通信拓扑结构等特性,建立队列马尔科夫决策过程(Markov decision process,MDP)模型.同时根据队列多输入-多输出高维样本特性,引入优先经验回放策略,提高算法收敛效率.为贴近实际车辆队列行驶工况,仿真基于PreScan构建多自由度燃油车动力学模型,联合Matlab/ Simulink搭建仿真环境,同时引入噪声对队列控制器中动作网络和评价网络进行训练.仿真结果表明基于强化学习的车辆队列控制燃油消耗更低,且控制器实时性更高,对车辆的控制更为平滑.     

基于事件触发机制的自主车辆队列协同控制

为应对通信过程存在的扰动以及减少自主车辆队列控制中的信息冗余、资源浪费,提出了一种基于事件触发机制的自主车辆队列协同控制算法,保证自主车辆队列的稳定运行。首先,针对有向通信拓扑结构下的自主车辆队列设计基于事件触发机制的协同控制算法,即使存在扰动约束,自主车辆也可以在该算法的控制下有效跟随领航车辆的速度,且与相邻车辆保持期望的安全距离。其次,通过设计Lyapunov函数以及分析Zeno行为,证明算法的有效性和安全性。最后,通过MATLAB仿真验证了控制算法的正确性。     

通信中断时的网联车辆协作自适应巡航控制

针对自主巡航车队发生通信中断的情况,提出一种由协作式自适应巡航控制(CACC)模式切换至自适应巡航控制(ACC)模式的方法.当通信中断时,将车辆按照通信能力分组优化处理,并将通信中断车辆由CACC模式切换到ACC模式,且保持原CACC模式下的时间间距不变;为了保证车队安全,结合避碰理论和拉格朗日中值定理,提出一种基于最小安全距离的时间间距切换策略;为了保证两次切换后混合巡航车队(车队中既有CACC车辆也有ACC车辆)的稳定性,结合终值定理和频域分析法设计了混合巡航模式下的CACC-ACC控制器.最后通过仿真与现有方法对比,验证了所提出方法的有效性.     

新息序列驱动的无人机控制系统数据攻击检测

伴随物联网和自主系统的不断发展,信息物理系统的网络安全备受关注.无人机是一种典型的依靠通信和控制系统实现自主飞行的智能装置,其安全性尤为突出.本文针对无人机的状态估计算法,考虑其传感器和控制指令受到数据攻击,提出基于扩展卡尔曼滤波的新息序列状态估计检测方法.首先建立无人机信息物理模型,引入状态估计算法和数据攻击模型.然后,利用新息序列构造标量检测统计量用于数据攻击检测,并针对飞行器机动造成的状态跳变引入负无穷范数,用以降低数据攻击检测的误检率.最后,通过仿真实验验证所提出的检测方法能有效检测不同威胁模式下和状态下无人控制系统的数据攻击.     

Cooperative control and communication of connected vehicles considering packet dropping rate

This paper investigates cooperative control and communication scheduling of a platoon of connected vehicles. Considering the effect of packet dropout and the network access limitation, the vehicular platoon is modelled as a discrete-time switching system. We obtain a set of sufficient conditions (where the rate of different platoon control modes is factored in) for string stability and schedulability of the vehicular platoon. A unified framework of network access scheduling and platoon control is proposed, which can guarantee string stability of the platoon of vehicles and resolve network access conflicts among them. Both numerical simulations and experimental studies with laboratory-scale cars have demonstrated the effectiveness of the presented co-design algorithm.     

Redundant manipulator techniques for partially decentralized path planning and control of a platoon of autonomous vehicles.

An approach to real-time trajectory generation for platoons of autonomous vehicles is developed from well-known control techniques for redundant robotic manipulators. The partially decentralized structure of this approach permits each vehicle to independently compute its trajectory in real-time using only locally generated information and low-bandwidth feedback generated by a system exogenous to the platoon. Our work is motivated by applications for which communications bandwidth is severely limited, such for platoons of autonomous underwater vehicles. The communication requirements for our trajectory generation approach are independent of the number of vehicles in the platoon, enabling platoons composed of a large number of vehicles to be coordinated despite limited communication bandwidth.     

含时延的车辆队列事件触发一致性控制研究

为应对通信过程中的传输时延以及车辆间连续信息交互带来的信息冗余、资源浪费,提出一种基于事件触发机制的车辆队列一致性策略,以保证车辆队列能够稳定运行;为此,构建一个考虑车辆间的跟驰行为和通信时延的三阶异质车辆队列动力学模型,提出一种基于事件触发的一致性车辆队列控制器的设计方法;在此基础上,利用Lyapunov稳定性理论和代数图论,对车辆队列的稳定性进行分析,得出了使车辆队列稳定的事件触发条件和通信时延的上界;在MATLAB平台上进行仿真实验,验证了所提车辆队列控制方法的有效性。     

Robust exponential <Emphasis Type="Italic">H</Emphasis><Subscript>∞</Subscript> control for autonomous platoon against actuator saturation and time-varying delay

This paper is concerned with bidirectional autonomous platoon control with saturating actuator and time-varying delay. First, A new bidirectional platoon control system model is established, in which the effect of engine time uncertainty, actuator saturation and time-varying actuator delay is involved. Then, the robust exponential stability conditions of the platoon system are presented, only use information from its immediate neighbors. The theoretical results show that the proposed platoon controller would be able to safely maintain a smaller inter-vehicle spacing, less fuel and would be bidirectional string stable. Finally, some numerical simulations are provided to demonstrate the effectiveness and advantage of the presented methodology.