前馈多源信息下异构动力学卡车队列协同控制系统

作     者：吴超仲 杨鑫炜 贺宜 LU Xiao-yun WU Chao-zhong;YANG Xin-wei;HE Yi;LU Xiao-yun

作者机构：武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063 加利福尼亚大学伯克利分校加利福尼亚先进交通技术研究中心加利福尼亚伯克利CA 94804 

出 版 物：《交通运输工程学报》 (Journal of Traffic and Transportation Engineering)

年 卷 期：2023年第23卷第1期

页      面：256-266页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0701[理学-数学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52072292)。 

主　　题：汽车工程 卡车队列 协同控制系统 异构动力学 发动机饱和态约束 弦稳定性 

摘      要：针对目前卡车队列动力学异构性所导致的系统弦稳定性、内部稳定性以及队列耦合性降低的问题,提出了一种异构协同自适应巡航系统控制器设计方法,建立了基于前馈多源信息的异构动力学卡车队列闭环耦合系统;考虑由异构车型所构成的卡车队列存在发动机执行器的饱和态异构问题,建立了发动机饱和性和状态约束条件;在上层协同控制器的基础上,建立了一种非线性下层异构发动机扭矩输出控制模型,用于控制车辆动力学仿真软件TruckSim中的真实车辆模型;建立了基于三维燃油特性图的车辆能耗模型,用于计算实时车辆油耗和节能性分析;通过频域分析法,结合已知异构动力学参数量化标定了协同自适应巡航系统控制器的增益,确保系统满足弦稳定条件。分析结果表明:相比同构动力学控制器,异构协同自适应巡航系统控制器可以确保距离误差在-0.01~0.15 m内,优于同构控制器作用下的-0.3~0.5 m,且当领航车进入匀速行驶状态时,跟随车辆能立刻收敛至相同的行驶状态,收敛性能优于同构协同自适应巡航控制系统;卡车队列节油率最大可达8.15%,随着车头时距减小至0.5 s,平均节油率最大可达8.10%。由此可见,多源前馈信息异构控制系统能有效降低车辆的状态误差传递,设计的前馈多源信息下异构动力学卡车队列协同控制系统能提升队列的弦稳定性,也能保证系统的燃油经济性。