一种车辆多队列协同控制方法与流程

技术特征：
1.一种车辆多队列协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建车辆多队列，车辆多队列由n辆车组成，其中车队的数目为m 1，编号为0,1,
…
,m，n
k
表示第k个车队车辆的数目，车队中车辆编号为0,1,
…
,n
k
‑
1；步骤2：在车辆多队列系统中，每个车队有一辆领导车辆，位于车队的首位，第一个车队的领导车辆是整个车辆多队列的领导车辆；步骤3：车辆多队列系统中车辆通过车车通讯通信方式获得其他车辆的位置、速度、加速度信息，相邻车队间能够通信；步骤4：确定车辆多队列系统中车辆的纵向动力学模型，表示为：其中，x
i,k
、v
i,k
、a
i,k
和u
i,k
(t)分别表示第k个车队内第i辆车的位置、速度、加速度和控制输入；t
i,k
表示第k个车队内第i辆车的纵向动力系统的传动系数；t表示时间；步骤5：多车队系统中车队间采用恒定间距策略，队列间的期望间距用s
min
表示；车队内车辆采用恒定车头时距的间距策略，车队内相邻两车停车时的最小安全间距用s
min
表示；根据步骤1、步骤2和步骤3获得领导车辆状态信息，计算出第k个车队内第i辆跟随车辆距离本车队领导车辆的期望间距d
i0,k
：d
i0,k
＝i(l
k
s
min
h
k
v0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，l
k
表示第k个车队内车辆的长度，h
k
表示第k个车队内车辆间的恒定时间间距，v0表示多队列领导车辆的速度；步骤6：车辆多队列系统的领导车辆控制目标为：其中，x
0,k
、v
0,k
和a
0,k
分别表示第k个车队的领导车辆的位置、速度和加速度，x0和a0分别表示多队列领导车辆的位置和加速度，l
j
表示第j个车队内车辆的长度，h
j
表示第j个车队内车辆间的恒定时间间距；步骤7：车辆多队列系统中车队内车辆的控制目标为：步骤8：车辆多队列系统中车队内车辆的协同控制方法为：
其中，a
ij
表示第k个车队内车辆邻接矩阵a
k
的元素；α>0、β>0、γ>0、α1>0、α2>0和α3>0均为控制增益；v
i,k
表示第k个车队内第i辆车的期望速度，表示第k个车队内车辆i和车辆j之间相邻两辆车间的平均间距，τ(t)表示队列内车辆的通信时延，x
j,k
和v
j,k
分别表示第k个车队内第j辆车的位置和速度，d
ij,k
表示第k个车队内车辆i与车辆j之间的期望间距，d
ij,k
＝d
i0,k
‑
d
j0,k
；所述第k个车队内第i辆车的期望速度v
i,k
(
△
x
ij
(t))表示为：其中，d
min
和d
max
是给定的两个距离；v
max
表示车辆队列的最大速度；当
△
x
ij
(t)小于d
min
时，车辆的期望速度为零；当
△
x
ij
(t)大于d
max
时，车队车辆按照允许最大速度行驶；步骤9：构建车辆多队列系统的第k辆领导车辆的协同控制方法，如下所示：其中，u
0,k
(t)表示第k个车队领导车辆的控制输入，x
j,k
‑1表示第k
‑
1个车队的第j辆车的位置，γ1、γ2、γ3、γ4均表示控制增益；τ
j
表示多队列中第k
‑
1个车队内第j辆车与第k辆领导车的通信延迟；v0(t
‑
τ
j
)τ
j
表示对时延τ
j
造成的位置误差而进行的补偿；p
j,k
‑1表示多队列中第k
‑
1个车队内第j辆车与第k辆领导车的邻接矩阵d
k
的元素；v
0,k
(
△
x
0k
)表示第k个车队领导车辆的期望速度函数，步骤10：对步骤9提出的协同控制方法，进行稳定性推导证明，得到系统渐进稳定约束条件和时延上界。2.根据权利要求1所述的一种车辆多队列协同控制方法，其特征在于，h
k
的取值范围为(0,2]，s
min
的取值范围为(0,20]，h
j
的取值范围为(0,2]，d
min
的取值范围是[10,20]，d
max
的取值范围是[40,100]。3.根据权利要求1所述的一种车辆多队列协同控制方法，其特征在于，所述得到系统渐
进稳定约束条件和时延上界的具体方法为：步骤10
‑
1：定义第k辆领导车辆的位置误差速度误差加速度误差如下：根据公式(1)、公式(3)和公式(7)，则第i辆领导车辆状态误差的闭环动力学模型表示为：其中，表示第k
‑
1个车队的第j辆车与车队领导车辆的间距误差；
△
x
*
＝h
k
v0 s
min
，定义第i个车队与第k个车队的通信时延为τ
ik
(t)，且定义τ
q
(t),q＝1,2,...,m(m＝m(m
‑
1))，τ
q
(t)∈{τ
ik
(t),i＝1,
…
,m；k＝1,
…
,m}，时延τ
q
(t)有界，即0≤τ
q
(t)≤τ
*
，τ
*
为时延的上界，并且为时延的上界，并且且d
q
≤1；不考虑车辆自身通信时延；定义和将系统式(9)表示为：其中：其中：
其中：q＝diag(q1,q2,...,q
k
,...,q
m
)，)，步骤10
‑
2：根据牛顿
‑
莱布尼茨公式对公式(10)进行推导，转化为：其中：其中：其中：步骤10
‑
3：根据lyapunov
‑
krasovskii定理，构造lyapunov函数如下：其中，p和s
q
是正定实对称矩阵，即p＝p
t
>0和对公式(17)中lyapunov函数两边进行求导：将式(14)代入式(18)中，则：
领导车辆节点0在整个多队列系统上是全局可达，式(14)中矩阵是hurwitz稳定；根据李雅普诺夫稳定性理论，定义y为正定实对称矩阵，y＝y
t
>0；步骤10
‑
4：利用结论：对于任意向量a,b∈r
n
，并且任意正定矩阵f∈r
n
×
n
，有矩阵不等式2a
t
b≤a
t
fa b
t
f
‑1b成立；定义f＝p
‑1，公式(19)可表示为：定义增广状态误差向量式(20)表示为：其中，λ＝diag(λ1,λ2,
…
,λ
m 1
)，具体表示如下：步骤10
‑
5：当对角矩阵λ负定，即：不等式(23)中各个不等式都小于0，则当根据lyapunov
‑
krasovskii稳定性定理，时滞闭环系统(10)一致渐近稳定，即同时得到时延上界。

技术总结
本发明公开了一种车辆多队列协同控制方法，该方法基于三阶车辆纵向动力学模型，车队间采用恒定间距策略，车队内采用恒定车头时距的间距策略，建立队列领导车辆的控制模型和车队内车辆的协同控制模型；运用稳定性理论对车辆多队列系统进行稳定性分析，得到多队列系统的稳定性条件。本发明可实现多队列系统队列间的协同控制，同时保证队列内车辆的协同驾驶，对复杂队列系统具有更好的适应性，提高了队列系统的稳定性和安全性。系统的稳定性和安全性。系统的稳定性和安全性。


技术研发人员：陈建忠 徐兆新 蔺皓萌 许智赫 吴晓宝
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2021.07.01
技术公布日：2021/10/8