一种面向自动驾驶跟驰系统的状态反馈控制方法及装置与流程

本发明属于车辆自动驾驶控制，尤其涉及一种面向自动驾驶跟驰系统的状态反馈控制方法及装置。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、现有自动驾驶跟驰控制多基于经典控制理论，采用比例微分、速度反馈、前馈控制等补偿策略，仅从系统输入输出闭环传递函数层面优化跟驰性能，未深入分析跟驰系统内部状态变量（车速、车间距）的耦合作用关系。主流最优速度跟驰模型（ovm）仅通过车头间距决定期望速度，未将车速偏差、车间距偏差两类核心状态量纳入反馈控制闭环，控制维度单一。

3、对此，部分研究引入状态空间方法构建双状态反馈控制，通过固定反馈系数调节系统动态特性，在一定程度上提升了跟驰稳定性，但仍存在如下技术缺陷：

4、（1）固定系数下的状态反馈无法适配网联通信时变特性，导致通信质量波动下系统的鲁棒性差，易出现车速振荡、车间距失衡等问题。同时，现有自动驾驶跟驰控制方法下的通信建模仅用于前车信息加权，与状态反馈控制松耦合，无法实现通信与控制的协同优化。

5、（2）现有技术缺乏针对通信不确定性的系统稳定判据，无法量化不同通信质量下的反馈系数可行域，进而导致实际工程应用中参数调试缺乏有效的参考数据。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种面向自动驾驶跟驰系统的状态反馈控制方法及装置，能够实现通信质量与反馈增益的动态匹配，提升时变通信环境下跟驰系统的稳定性、响应速度与抗干扰能力。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种面向自动驾驶跟驰系统的状态反馈控制方法。

4、一种面向自动驾驶跟驰系统的状态反馈控制方法，包括：

5、获取目标车辆与前方车辆间的v2v通信质量参数，通过通信连接概率计算等效通信增益，并通过通信-动力学联合建模确定跟驰系统运动方程；

6、基于所述跟驰系统运动方程和等效通信增益，在跟驰系统稳态工作点进行线性化处理，构建以车速偏差、车间距偏差为状态变量的跟驰系统状态空间动力学模型；

7、以所述等效通信增益作为调节输入，基于自适应双状态反馈控制策略动态调节车速反馈系数与车间距反馈系数；

8、基于参数调节后的跟驰系统运动方程确定通信有效区间内的渐近稳定条件和串稳定条件，并在满足渐近稳定条件和串稳定条件时，根据自适应双状态反馈控制策略输出目标车辆的加速度控制量，实现自动驾驶跟驰控制。

9、进一步地，通过通信连接概率计算等效通信增益，包括：根据车载通信模块传输功率、环境补偿因子、噪声干扰功率和路径损耗指数计算接收端信噪比，并采用logistic函数将所述信噪比映射为点对点连接概率。

10、进一步地，当所述点对点连接概率不小于预设的通信有效阈值时，判定通信链路有效；随后，对有效链路的点对点连接概率进行归一化加权，得到目标车辆与前方车辆之间的通信权重；根据所述通信权重融合前方车辆运动信息，得到等效通信增益。

11、进一步地，构建以车速偏差、车间距偏差为状态变量的跟驰系统状态空间动力学模型，包括：在稳态车头间距和稳态速度处对最优速度函数进行泰勒展开，得到最优速度函数导数；将目标车辆实际速度与稳态最优速度之差作为车速偏差，将目标车辆实际车头间距与稳态安全车头间距之差作为车间距偏差；建立以所述车速偏差和所述车间距偏差为状态变量、以目标车辆加速度控制量为输入的状态空间方程。

12、进一步地，所述车速反馈系数与车间距反馈系数的动态调节，包括：

13、预设第一通信质量阈值和第二通信质量阈值，所述第二通信质量阈值小于所述第一通信质量阈值；

14、当所述等效通信增益不小于所述第一通信质量阈值时，按第一增益调节速率增大所述车速反馈系数和所述车间距反馈系数；

15、当所述等效通信增益不大于所述第二通信质量阈值时，按第二增益调节速率减小所述车速反馈系数和所述车间距反馈系数；

16、当所述等效通信增益介于所述第一通信质量阈值与所述第二通信质量阈值之间时，按分段线性关系确定所述车速反馈系数和所述车间距反馈系数。

17、进一步地，所述渐近稳定条件通过如下方式确定：

18、根据跟驰状态空间动力学模型得到闭环传递函数的特征多项式；采用劳斯-赫尔维茨判据建立所述特征多项式的系数不等式；利用车速反馈系数和车间距反馈系数随等效通信增益单调递增的特性，将所述系数不等式转化为通信有效区间端点处的约束，得到全通信区间渐近稳定条件。

19、进一步地，所述串稳定条件通过如下方式确定：基于小增益定理，使跟驰闭环传递函数的无穷范数小于1；根据所述无穷范数小于1，得到前车速度扰动沿车队向后传递时不被逐车放大的串稳定条件。

20、本发明第二方面提供了一种面向自动驾驶跟驰系统的状态反馈控制装置。

21、一种面向自动驾驶跟驰系统的状态反馈控制装置，包括：

22、通信-动力学联合建模模块，被配置为：获取目标车辆与前方车辆间的v2v通信质量参数，通过通信连接概率计算等效通信增益，并通过通信-动力学联合建模确定跟驰系统运动方程；

23、跟驰系统状态空间建模模块，被配置为：基于所述跟驰系统运动方程和等效通信增益，在跟驰系统稳态工作点进行线性化处理，构建以车速偏差、车间距偏差为状态变量的跟驰系统状态空间动力学模型；

24、系数调节模块，被配置为：以所述等效通信增益作为调节输入，基于自适应双状态反馈控制策略动态调节车速反馈系数与车间距反馈系数；

25、跟驰控制模块，被配置为：基于参数调节后的跟驰系统运动方程确定通信有效区间内的渐近稳定条件和串稳定条件，并在满足渐近稳定条件和串稳定条件时，根据自适应双状态反馈控制策略输出目标车辆的加速度控制量，实现自动驾驶跟驰控制。

26、本发明第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的一种面向自动驾驶跟驰系统的状态反馈控制方法中的步骤。

27、本发明第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的一种面向自动驾驶跟驰系统的状态反馈控制方法中的步骤。

28、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

29、本发明通过通信连接概率计算得到表征前车信息整体可靠程度的等效通信增益，并通过通信-动力学联合建模，将通信可靠性直接融入跟驰系统运动方程和状态空间动力学模型。随后，以等效通信增益作为自适应双状态反馈控制策略的调节输入，动态调节车速反馈系数与车间距反馈系数，使通信质量不再是独立于控制之外的前车信息加权因素，而是直接参与反馈控制律，形成“通信感知-反馈调节-稳定控制”的闭环协同。由此，在通信质量较好时能够增大反馈增益，提高系统响应速度与扰动抑制能力；在通信质量较差时能够减小反馈增益，降低信息不确定性对系统的冲击，避免固定反馈系数在通信波动下因增益不匹配而引发的车速振荡和车间距失衡，从而显著提升了时变通信环境下自动驾驶跟驰系统的鲁棒性。

30、本发明基于参数调节后的跟驰系统运动方程，确定通信有效区间内的渐近稳定条件和串稳定条件。由渐近稳定条件与串稳定条件共同限定通信有效区间内反馈系数的可行域或稳定参数约束区间，从而能够量化不同通信质量下反馈系数的可取范围，为最小反馈增益、增益调节速率、传感器灵敏度系数等工程参数整定提供明确的理论依据，减少实际工程中参数调试的盲目性，并保障通信质量在有效区间内任意波动时，跟驰系统仍能同时保持单车辆渐近稳定与车队交通流串稳定。

31、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。