车队控制中的一种通用可变时距策略

针对当前交通拥堵现状,考虑车辆间通信受限或故障条件下,基于现有路侧设施以及邻车相对位置、相对速度提出一种车队控制的通用可变时距策略（Variable time headway policy,VTHP）.通过选择可变行驶时间距离参数,建立形式统一的车间距策略及其误差模型,并根据单车、队列以及交通流稳定性分析,综合设计控制器,同时将分析方法推广到固定间距策略（Constant spacing policy,CSP）与固定时距策略（Constant time headway policy,CTHP）中.依据上述稳定性结果给出一种物理意义明确的可变行驶时距计算方法,并得到该时距的变化界限,从而更准确快速地控制车距安全.仿真结果表明,本文提出的通用可变时距策略及相关计算方法,不但可实现车队与交通流的稳定控制,而且可改善车队综合性能.     

基于协作反馈控制算法的车联网行车安全动态强化模型

针对车联网（IoV）环境下,单车的信息采集和处理能力不足以满足时间敏感的行车安全应用需求,需要通过多车协作增强车间信息共享和信道接入能力等问题,提出一种基于协作反馈控制算法的行车安全动态强化模型。首先,提出虚拟车队协作模型,提升交通信息的采集精度,扩大采集范围,建立车间的稳定协作关系,在形成协作虚拟车队的同时降低信道拥塞;然后,实现一个针对消息传输和驾驶控制的联合优化模型,通过异构交通数据的深度融合最大化IoV的安全效用;最后,在对车流量时空变化进行预测的基础上,提出自适应的反馈控制模型实时调整驾驶安全策略。仿真结果表明,所提出的行车安全动态强化模型在各种车流分布模型下,均能够取得良好的性能指标,可以有效支持驾驶辅助控制系统,在保障行车安全的同时降低信道拥塞。     

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.     

典型交通场景下智能车的定位与协作

提出并设计了基于多智能体的多智能车协作系统平台,包括基于嵌入式多车协作系统的硬件、软件及通信协议,该系统可作为多车协作算法的仿真实验平台。针对典型城市交通场景,提出了基于拓扑结构的两层地图模型,并采用视觉与里程结合的方法实现智能车在地图中的准确定位。在此基础上,设计了基于冲突表的路口协调算法、车队跟随算法,并完成路口、车队、超车等协作任务,通过实验结果证明了多车协作系统定位与协作的可行性和可靠性。     

基于信息一致性的自主车辆变车距队列控制}%页眉设置

针对目前自主车辆队列控制中采用的间距策略存在间距调节灵活性不足、道路利用率欠佳等问题,提出一种基于信息一致性的自主车辆变车距队列控制方法.首先,结合车速与车辆制动时间的动态关系,设计一种变时间间隔策略.在此基础上,基于信息一致性理论,提出一种车间距可随车速自适应变化的自主车辆队列控制算法.仿真结果表明,所提算法不仅可以实现自主车辆的变车距队列控制,且车间距离的调节具有较好的灵活性,尤其在低速行驶时,可有效减少道路占用量,提高道路利用率.     

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.

     

防爆电驱动无轨胶轮车永磁电动机回馈制动研究

以防爆电驱动无轨胶轮车为研究对象,分析了由三相桥式逆变器驱动的永磁无刷直流牵引电动机回馈制动的方式及制动微观状态,提出了回馈制动控制策略。该控制策略采用PWM升压斩波方法,通过闭环PI调节器,合理分配每个PWM周期中的续流与充电时间,实现回馈制动。仿真结果表明,该控制策略安全可靠,能有效实现能量回收,提高了车辆的能量利用率;当车辆的驱动电动机转速降到约300r/min时,整车动能已经明显降低,此时能量回收已经不再起作用。该结论对防爆电驱动无轨胶轮车回馈制动踏板的开度设计具有重要意义。     

履带车辆电传动系统电气机械联合制动优化控制与仿真

根据电传动研究情况,提出了电传动电气机械联合制动优化控制目标;在这个目标下,完成了电气制动控制策略优化,进行了原车机械制动系统在联合制动中制动力的分配,通过试验和仿真说明它的合理性;最后给出联合制动的仿真结果,并进行了分析。     

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.     

并联式混合动力汽车双模糊控制能量管理策略研究

针对单模糊控制策略下再生制动能量不能得到充分回收,提出了一种并联式混合动力汽车的双模糊控制能量管理策略.分别设计了驱动和制动工况下相应的模糊控制器,简化了控制系统设计的复杂度.最后,在Matlab中利用Advisor软件对所设计的双模糊控制策略进行了仿真.结果表明,与电辅助控制策略和单模糊控制策略相比,所设计的双模糊控制能量管理策略,在有效提高燃油经济性和制动工作效率的同时,极大地降低了废气排放.     

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。     

混合交通环境车辆队列协同控制

车辆队列在提高驾驶安全性、提升交通流量、改善燃油经济性方面具有巨大潜力,但现有研究多针对完全由智能网联车辆组成的队列,难以适用于现实中的混合交通环境.为此,文章研究了人工驾驶车辆与智能网联车辆的混合队列协同控制方法,在智能网联车辆控制设计中引入后车信息,并分析了其对队列稳定性、跟踪性能、燃油经济性的影响.首先构建了一种...     

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.     

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.     

Fuel efficiency‐oriented platooning control of connected nonlinear vehicles: A distributed economic MPC approach

This paper considers the fuel efficiency‐oriented platooning control problem of connected vehicles. We present a novel distributed economic model predictive control (EMPC) approach to solve the problem of the vehicle platoon subject to nonlinear dynamics and safety constraints. In order to improve fuel economy of the whole vehicle platoon, the fuel consumption criterion is used to design the distributed EMPC strategy for the platoon. Meanwhile, the car‐tracking performance is exploited to guarantee stability and string stability of the platoon. Then the fuel efficiency control problem of the platoon is formulated as a distributed dual‐layer economic optimal control problem, which is solved in a fashion of receding horizon. It is proved that the proposed strategy guarantees asymptotic stability and predecessor‐follower string stability as well as fuel economy of the whole platoon by minimizing the fuel consumption cost. Finally, the effectiveness of the proposed strategy is highlighted by comparing its performance with that of the traditional distributed MPC strategy in numerical simulations.     

A centralized control system for ecological vehicle platooning using linear quadratic regulator theory

This paper presents an ecological vehicle platooning control system that aims in reducing overall fuel consumption of the vehicles in a platoon. A centralized linear quadratic regulator system for controlling the vehicles in the platoon has been developed considering the aerodynamic characteristics of the vehicle and the resistance due to the road slope. The proposed control system is simulated on a highway with up?Cdown slopes for high speed driving. Its fuel saving performance is compared with a conventional decentralized vehicle platooning control system. Computer simulation results reveal the significant improvement in fuel economy by the proposed control system.     

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.     

自主车辆队列控制系统的稳定性分析

车辆队列控制可提升交通容量与安全性、降低燃油消耗,但车辆通信过程中时延不可避免;为此,针对含通信时延的车辆队列系统,开展内部稳定性和队列稳定性分析研究;首先,利用矩阵相似变换,将高维车辆队列闭环控制系统降维拆分为若干等价的低维子系统,极大地降低了内部稳定性分析的解析难度和运算量;在此基础上,利用直接法求解了车辆队列子系统特征方程的临界虚根,从而推导了准确的时延边界,获得了车辆队列系统内部稳定的充要条件;然后,为了保证干扰沿车辆队列向后传播时不扩散,通过频域分析车辆间误差传递函数,给出了系统的队列稳定性条件,以及时延和控制器参数的指导原则;最后,通过仿真验证了所提稳定性分析方法的有效性。     

通信延时环境下异质网联车辆队列非线性纵向控制

针对通信延时环境下的异质车辆队列控制问题, 本文提出了一种基于三阶模型的分布式非线性车辆队列纵向控制器. 首先, 基于三阶动力学模型描述了车辆的异质特性. 考虑车辆跟驰行为以及异质通信延时, 提出一种通信延时环境下的异质车辆队列非线性控制器. 所提控制器不仅可以在通信延时以及车辆异质特性的影响下实现队列中车辆的位置、速度以及加速度的一致性, 而且可以有效避免负的车辆间距和不合理的加/减速度, 保证车辆的运动行为符合交通流理论. 然后, 利用Lyapunov-Krasovskii定理对车辆队列的稳定性进行分析, 得出车辆队列的稳定性条件和通信延时上界. 最后, 所提控制器的有效性和稳定性通过数值仿真得到验证.