多型时延下异构车辆队列系统建模与协同控制

作     者：卜令坤 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡满江

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0838[工学-公安技术] 

主      题：混合交通环境 智能网联车辆 异构车辆队列 队列稳定性 通信时延 

摘      要：汽车行业迅猛发展给社会带来了环境污染、交通拥堵、安全事故等问题。智能网联汽车的出现促进了交通产业向着智能化、网联化、电动化方向发展。在网联化交通逐步发展的进程中,必然经历智能网联汽车和人工驾驶车辆共存的混合交通环境。混合交通环境下,智能网联汽车和人工驾驶车辆通过车-车通信实现编队行驶,对缓解交通拥堵、提升交通容量、提高驾驶安全性方面具有重大意义。针对上述问题,本文将混合交通环境下连续分布的智能网联汽车编排为全网联车辆队列系统,进而将全网联车辆队列系统与相邻的人工驾驶车辆编排为混合车辆队列系统。首先,针对异构全网联车辆队列系统,本文设计了包含上层观测层和下层跟踪控制层的统一分层框架,表征了车辆节点动力学的参数异质性和结构异质性,实现了信息交互与动力学控制的解耦;设计了渐近时间收敛上层观测器,使用Routh-Hurwitz判据推导了有/无通信时延系统稳定性的充分必要条件,显式表达了通信时延上界与控制增益的约束关系;进一步设计了有限时间收敛上层观测器,分析了异构车辆队列稳定性,推导出了相对误差传递函数以指导控制器增益的选择。然后,针对混合车辆队列系统,本文考虑通信时延、传感器量测时延、驾驶员反应时延构建了包含多类时延的混合车辆队列系统模型,可表征智能网联汽车的数量、空间分布和信息交互关系,为通用交通场景下混合车辆队列建模提供了统一框架;进一步,为智能网联汽车设计了状态反馈控制器,推导了带多类时延的闭环系统特征方程,并解析地导出了系统闭环稳定性的充分条件;另外,本文为一大类混合车辆队列系统提供了显式求解特征方程的通用方法。最后,针对上述研究内容,设计了试验方案;通过数值仿真和实车试验充分验证了上述理论研究的正确性。本文完善了车辆队列理论研究内容,拓展了理论研究深度;为实际工程应用提供了理论支撑,具有较好的市场推广应用前景。