通信影响下的网联车辆协作自适应巡航控制研究

作     者：雷鸿博 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭戈

授予年度：2020年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0838[工学-公安技术] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：通信中断 切换 有限时间稳定 滑模控制 扰动 

摘      要：随着汽车自动驾驶技术和无线通信网络技术的发展,基于车-车通信的车队巡航控制技术正成为当今智能交通领域的研究热点。本论文研究通信影响下的网联车辆协作自适应巡航控制问题,针对自主巡航车队发生通信中断的情况,设计了通信中断时的网联车队巡航模式切换控制方法。主要研究内容如下:针对自主巡航车队发生通信中断造成系统不稳定的问题,提出由协作式自适应巡航控制（Cooperative Adaptive Cruise Control,CACC）模式切换至自适应巡航控制（Adaptive Cruise Control,ACC）模式的方法。首先,将通信中断车辆由CACC切换到ACC模式,且保持原CACC模式下的时间间距不变;然后为了保证车队安全,结合避碰理论,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CACC-ACC控制器。通过仿真与现有方法对比,验证了所提方法的有效性及优越性。针对车载传感器测量距离存在测量精度不高,测量信息延时,测量范围受限等问题,提出一种基于有限时间稳定控制的车队巡航模式切换方法。建立了混合同构CACC-ACC参考模型（Reference Model）,基于劳斯-赫尔维茨（Routh-Hurwitz）稳定判据和频域分析法设计能保证系统稳定的CACC-ACC控制器。构建异构状态跟踪误差系统,结合李雅普诺夫函数和有限时间滑模控制理论,设计有限时间滑模控制律,使误差系统状态在有限时间内收敛于零,保证模式切换后异构车队系统的稳定性。通过仿真验证了所提方法的有效性及优越性。针对车辆实际行驶中会受到匹配和非匹配扰动的影响,提出一种考虑匹配扰动和非匹配扰动影响下的车队巡航模式切换控制方法。建立了带有匹配和非匹配扰动的状态跟踪误差系统,结合李雅普诺夫稳定性理论,设计了基于有限时间干扰观测器（Finite-Time Disturbance Observer,FTDO）的终端滑模控制律（Terminal Sliding-Mode Control,TSMC）,使异构误差系统状态能在有限时间内收敛至滑模面,最终稳定至平衡点的有界邻域内,保证了模式切换后整个车队系统的稳定性。仿真结果表明,所提方法较好地解决了匹配和非匹配扰动影响下的车队巡航模式切换稳定性问题。最后对本文进行了总结,并指出今后的研究思路。