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考虑汽车队列动态特性的混合交通流特性

吉林大学学报（工学版） 2024年第4期54卷 947-958页

作者：杨秀建贾晓寒张生斌昆明理工大学交通工程学院昆明650500

针对自主汽车队列与人工驾驶车辆混合的交通流问题,考虑汽车队列自身固有的动力学特性及其与交通流的耦合作用,研究了汽车队列固有动态特性的混合交通流特性。首先建立了自主汽车队列慢化概率与队列车辆的车头时距以及队列规模之间的关... 详细信息

针对自主汽车队列与人工驾驶车辆混合的交通流问题,考虑汽车队列自身固有的动力学特性及其与交通流的耦合作用,研究了汽车队列固有动态特性的混合交通流特性。首先建立了自主汽车队列慢化概率与队列车辆的车头时距以及队列规模之间的关系模型,然后搭建了开放边界条件下汽车队列和人工驾驶车辆混合的元胞自动机交通流模型,最后进行了仿真分析。仿真结果表明,本文所建立的考虑汽车队列动态特性的混合交通流元胞自动机模型,揭示了现有模型无法反映的一些特殊的混合交通流特性;考虑汽车队列动态特性的混合交通流量会显著受到队列车头时距、队列规模等队列特征的影响,并且呈现出一定的非线性影响关系;车头时距和队列规模对混合交通流量的不利和有利影响同时存在,扩大队列规模和提高渗透率可显著改善混合交通流的流量特性,显著提升高车流密度下的道路通行能力。

关键词：交通运输规划与管理智能交通汽车队列元胞自动机混合交通流

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节能型异质汽车队列的切换式有界稳定控制

清华大学学报（自然科学版） 2019年第3期59卷 228-235页

作者：辛喆张小雪陈海亮邵明玺徐晨翔李升波中国农业大学工学院北京100083 清华大学汽车工程系北京100084

车辆的队列化行驶具有降低道路交通能耗的巨大潜力。现有节能型队列研究主要通过高速近距跟车以减小后方车辆的风阻从而提高经济性,但对车间距离的控制精度要求很高。为克服该方法的不足,该文提出了一种适用于异质汽车队列的切换式节能... 详细信息

车辆的队列化行驶具有降低道路交通能耗的巨大潜力。现有节能型队列研究主要通过高速近距跟车以减小后方车辆的风阻从而提高经济性,但对车间距离的控制精度要求很高。为克服该方法的不足,该文提出了一种适用于异质汽车队列的切换式节能控制方法,通过将周期性切换控制策略(即加速-滑行策略)应用于车辆队列,实现多车之间的协同节能。所设计的控制方法可使该汽车队列在保证跟车间距有界的前提下实现优异的节油效果,克服了近距跟车的安全性隐患。仿真结果表明:队列车辆都保持在期望的跟车间距范围内,且与线性二次型(linear quadratic,LQ)最优控制器相比,达到约23.3%的节油效果。

关键词：智能汽车汽车队列切换控制燃油经济性

基于KL散度工况识别的混合动力汽车队列的分层控制

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汽车安全与节能学报 2024年第2期15卷 242-252页

作者：尹燕莉王福振詹森黄学江张鑫新张富椿重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

针对混合动力汽车队列行驶过程中工况的适应性问题,提出了一种基于KL(Kullback-Leibler)散度工况识别的分层控制方法。上层控制器利用车—车通信技术,获取队列中前车状态信息,采用模型预测控制(MPC)算法,实现队列纵向控制,并计算出最优... 详细信息

针对混合动力汽车队列行驶过程中工况的适应性问题,提出了一种基于KL(Kullback-Leibler)散度工况识别的分层控制方法。上层控制器利用车—车通信技术,获取队列中前车状态信息,采用模型预测控制(MPC)算法,实现队列纵向控制,并计算出最优跟车车速;下层控制器基于典型工况,离线求解需求功率的转移概率矩阵,并通过Q-Learning算法训练最优Q表嵌入整车模型中;在行驶中以固定时间长度在线更新转移概率矩阵,采用KL散度进行工况识别,根据识别的工况类型,结合当前时刻车速、需求功率和电池荷电状态(SOC),通过在线查表实现转矩分配。结果表明:与未考虑工况识别策略相比,本策略的油耗降低了8.6%;与作为基准的动态规划(DP)相比,增加了4.8%;在与DP油耗基本保持相同的前提下,该策略离线仿真时间缩短21%,不仅能够在线应用,还能实时适应工况变化。

关键词：混合动力汽车汽车队列工况识别模型预测控制(MPC)算法 Q-Learning算法 KL(Kullback-Leibler)散度

极限操纵工况下CACC汽车队列的非线性动力学特性

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中国公路学报 2024年第9期37卷 301-311页

作者：吴相稷杨秀建陈峥王申义昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500 昆明理工大学交通工程学院云南昆明650500

目前汽车队列控制研究中对车辆轮胎力附着极限操纵工况考虑较少,相应的队列控制策略可能无法满足低附着、高速近距跟驰等极限工况下队列的安全稳定行驶。因此,针对探讨较多且应用前景较好的协同自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cru... 详细信息

目前汽车队列控制研究中对车辆轮胎力附着极限操纵工况考虑较少,相应的队列控制策略可能无法满足低附着、高速近距跟驰等极限工况下队列的安全稳定行驶。因此,针对探讨较多且应用前景较好的协同自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control, CACC)汽车队列,研究轮胎力附着极限操纵工况下的CACC队列系统的非线性动力学特性,旨在为极限操纵工况下CACC汽车队列的控制策略设计提供理论依据。考虑轮胎力的非线性饱和特性,建立了队列-个体车辆一体化非线性动力学系统,基于控制增益参数空间分析研究了极限工况下队列的平衡点稳定性和头-尾弦稳定性特性。结果表明:极限工况下队列稳定性增益参数设计范围非常有限,在自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control, ACC)队列的基础上增加对领航车的跟驰控制后变为CACC队列,会导致平衡点稳定性增益参数设计范围变小,但是可以大大增加头-尾弦稳定性的增益参数设计范围;极限工况下弦稳定性比平衡点稳定性的要求更为苛刻,弦稳定性的增益参数空间要显著小于平衡点稳定性的参数空间;与ACC队列相比,CACC队列对极限工况下车速、路面附着等变化在保持队列稳定性方面体现出了更强的适应能力和抗扰能力,具有显著优势。

关键词：汽车工程汽车队列协同自适应巡航控制非线性动力学稳定性分析队列控制

考虑CACC汽车队列动态特性的混合交通流建模与仿真

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系统仿真学报 2024年

作者：杨秀建黄菁菁王曦昆明理工大学交通工程学院

针对混入协同自适应巡航控制(CACC)汽车队列的单车道混合交通流，考虑其自身的固有动态特性，汽车队列和人工驾驶车辆分别采用不同的跟驰方式，基于元胞自动机方法建立了混合交通流模型。该模型可以深入研究队形几何、跟驰控制策略、队... 详细信息

针对混入协同自适应巡航控制(CACC)汽车队列的单车道混合交通流，考虑其自身的固有动态特性，汽车队列和人工驾驶车辆分别采用不同的跟驰方式，基于元胞自动机方法建立了混合交通流模型。该模型可以深入研究队形几何、跟驰控制策略、队列规模等队列特征对混合交通流特性的影响，以及队列的调整控制与交通流间的耦合作用。在保证队列内稳定性和弦稳定性的前提下对混合交通流进行了仿真分析，结果表明：考虑队列动态特性在相同条件下增加队列渗透率、减小车头时距对提高混合交通流的峰值流量是有利的；由于队列内部的调整控制与混合交通流间相互耦合，随着混入队列规模的增加峰值流量呈现非线性变化规律，并且由于队列规模越大队列内部的跟驰调整控制越困难，导致混合交通流的流量波动越大，均匀性越差；汽车队列固有动态特性的变化可以显著影响混合交通流特性，与自适应巡航控制(ACC)汽车队列相比，CACC队列对抵抗交通流干扰的能力更强，对改善混合交通流特性更为有利。

关键词：智能交通智能汽车汽车队列元胞自动机混合交通流

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考虑车辆纵向动力学特性的汽车队列控制

考虑车辆纵向动力学特性的汽车队列控制

作者：薛鹏宇南京理工大学

学位级别：硕士

智能交通系统的兴起为加快发展环境友好型智能交通生态系统带来了难得的机遇。以V2V（Vehicle to Vehicle）通信为核心技术的互联自动驾驶汽车队列智能控制具有较好的节能潜力。本文以后驱纯电动商用车队列为对象开展节能控制方法设计,... 详细信息

智能交通系统的兴起为加快发展环境友好型智能交通生态系统带来了难得的机遇。以V2V（Vehicle to Vehicle）通信为核心技术的互联自动驾驶汽车队列智能控制具有较好的节能潜力。本文以后驱纯电动商用车队列为对象开展节能控制方法设计,创新性地提出了一种带能量管理策略（Energy Management Strategy,EMS）的分布式模型预测控制（Distributed Model Predictive Control,DMPC）算法并结合制动能量回收特性研究队列节能方法,进行了仿真分析以及台架实验测试等相关研究。本文的主要研究内容如下:首先,搭建多元素队列模型框架,主要研究多目标优化体系,基于多元素系统的框架角度将队列解耦。针对队列中信息流拓扑结构、控制算法、队列空间几何结构和车辆动力学等元素进行模型搭建。其次,设计两层队列节能控制算法,上层控制算法规划整车需求驱/制动力,下层控制算法进行前后轴制动力分配和后轴的机械-回收制动力分配。首先针对纯电动汽车队列设计出基于前车-领航车跟随（Predecessor-leader Following,PLF）通信拓扑的PID算法,得到当前最优车速,通过驱/制动力分析模块得到当前需求驱/制动力。其次,同样针对PLF通信拓扑,搭建车辆节点状态空间,建立约束与代价函数,提出DMPC算法。其中,DMPC的代价函数包括以下几个方面:通信拓扑、驱/制动力偏差、车距偏差、轨迹偏差和驱动能耗。在队列的约束下建立下层动力学控制算法,针对队列内部车辆提出整车制动力分配策略,保证在制动安全和制动法规允许范围内,采用最佳能量回收制动力分配。再次,针对两种上层控制算法进行队列行驶性能和节能性能仿真分析,通过matlab/simulink仿真得到队列内车辆的车速、轨迹、前后车距、加速度、冲击度和能耗曲线,对比分析其行驶性能和节能性能的优劣。最后,利用dSPACE和其他硬件设备搭建快速原型（Rapid Control Prototype,RCP）实验台架。针对DMPC算法进行半实物台架RCP实验,进行了典型循环工况的实验与分析,得到了不同控制算法下的队列行驶性能和队列节能效果,验证搭建模型的精确性、控制算法的实时性和有效性。

关键词：汽车队列纯电动商用车车辆动力学模型预测控制制动力分配制动能量回收台架实验 dSPACE

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汽车队列行驶气动特性数值模拟

广西科技大学学报 2018年第1期29卷 8-13页

作者：罗建斌吴量苗明达黄煜广西车辆零部件与整车技术重点实验室(广西科技大学) 广西柳州545006

随着高速公路和智能交通系统的快速发展,开展汽车队列行驶的气动特性研究具有重要意义.本文对等间距的3车队列行驶的气动特性进行了数值模拟,并研究了车间距对其气动特性的影响.模拟结果表明:相比单车行驶情形,3车队列行驶的各车均有一... 详细信息

随着高速公路和智能交通系统的快速发展,开展汽车队列行驶的气动特性研究具有重要意义.本文对等间距的3车队列行驶的气动特性进行了数值模拟,并研究了车间距对其气动特性的影响.模拟结果表明:相比单车行驶情形,3车队列行驶的各车均有一定的减阻效果,其中尤以中间车和尾部车的更显著.简化的二维数值分析虽然忽略了车底部以及顶部的气流流动,但仍可为后续的真实车体绕流流动分析提供借鉴和参考.

关键词：汽车队列气动特性数值模拟气动干扰

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基于ADMM的电动货车队列速度规划研究

南京信息工程大学学报 2025年

作者：徐晓美赵峻伟王伟东张涌南京林业大学汽车与交通工程学院

为进一步提高电动车辆队列行驶的经济性、降低车用动力电池的容量衰减，对某电动货车队列开展了行驶速度规划研究。首先建立了电动货车的单车能耗模型；然后基于此单车能耗模型、固定车头间距的跟车间距策略，以及拟合得到的不同间距下... 详细信息

为进一步提高电动车辆队列行驶的经济性、降低车用动力电池的容量衰减，对某电动货车队列开展了行驶速度规划研究。首先建立了电动货车的单车能耗模型；然后基于此单车能耗模型、固定车头间距的跟车间距策略，以及拟合得到的不同间距下队列中各车的气动阻力系数，建立了队列的能耗模型；接着以队列能量消耗最低为优化目标，以行程时间和道路限速为约束，采用交替方向乘子法（Alternating Direction Method of Multipliers，ADMM）对队列进行了行驶速度规划；最后仿真研究了规划速度对队列行驶能耗和车辆动力电池容量衰减的影响。研究结果表明：相比于队列按定速巡航与基于坡度加速度的二次规划车速行驶，队列按ADMM规划车速行驶可分别使电动汽车节能9.30%和7.76%，且随着行驶里程的增加，以ADMM规划车速行驶的节能效果愈加明显；车辆队列运行1年后的电池容量衰减将分别下降9.69%和2.54%，即采用ADMM规划车速行驶可以减缓电池的老化速度，且随着时间的推移，在这三种行驶速度下的电池容量衰减差异越来越大。

关键词：汽车队列电动货车能耗模型速度规划交替方向乘子法电池容量衰减

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汽车车型对三车队列行驶气动阻力的影响

同济大学学报（自然科学版） 2022年第S1期50卷 49-58页

作者：杨志刚郭婷夏超鄢功杰同济大学汽车学院上海201804 同济大学上海地面交通工具风洞中心上海201804 北京民用飞机技术研究中心北京102211

采用数值模拟方法研究3种MIRA汽车车型(方背车、快背车和阶背车)对三车队列在一倍车长间距下气动阻力的影响。通过对27种编队工况下的整体队列和单车各部位气动阻力以及车间流场进行详细分析,结果表明:头车受到中车阻塞造成其背部压力回... 详细信息

采用数值模拟方法研究3种MIRA汽车车型(方背车、快背车和阶背车)对三车队列在一倍车长间距下气动阻力的影响。通过对27种编队工况下的整体队列和单车各部位气动阻力以及车间流场进行详细分析,结果表明:头车受到中车阻塞造成其背部压力回升,3种车型作为头车,自身均可实现减阻;中车由于头尾车和自身车型的共同作用,会受到背部压力回升,前部正压以及前缘圆弧负压减弱的综合影响,3种车型的中车阻力有减有增;尾车受中车和自身车型共同作用,压力变化同中车类似,阻力也有减有增。前车的低速尾流区会对后车起到庇护作用,但也会造成后车前缘圆弧部位吸力减小,不利于队列减阻,甚至造成增阻。三车队列最佳编队是快背头车—方背中车—方背尾车,减阻量可达0.12(120 counts)。

关键词：汽车队列气动减阻 MIRA模型尾流