基于H∞控制的协同式自适应巡航控制研究

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近年来随着车辆保有量迅速增加,交通安全和交通拥堵问题愈发严重。协同式自适应巡航控制技术是智能驾驶技术中的热点和前沿方向,在提高驾驶安全性、交通系统的吞吐量和行车效率方面有着巨大的潜力。本文以车队的纵向控制为研究对象,针对车队控制中的一致性问题以及鲁棒性问题展开研究,主要工作如下:(1)安全速度规划。在纵向控制中,安全车速必须作为首要约束条件进行考虑,在弯道或交通规则限速的工况下需要保证车辆以安全车速行驶。首先,提出一种基于卡尔曼滤波的多传感器融合道路曲率估计方法,对道路曲率进行估计;然后,根据估计出道路曲率和交通法规限速条件对安全车速进行设计;最后,以舒适性和减速时间为指标设计代价函数,计算期望速度和加速度分布。(2)自适应巡航控制研究。车队中领导车辆配备自适应巡航功能,此外考虑车队临时解编的情况,所有车辆均需具备自适应巡航能力,因此本文对自适应巡航控制进行研究。考虑车辆底盘系统建模误差、底盘系统参数不确定性,利用车辆运动学对自适应巡航系统建模。对系统中的干扰项分析处理,构造闭环控制系统。为保证系统的鲁棒性,引进H∞控制:利用李雅普诺夫函数构造系统鲁棒性能指标函数,将自适应巡航控制系统鲁棒控制问题抽象成线性矩阵不等式求解问题。(3)协同式自适应巡航控制系统研究。为充分利用车队中前方车辆的信息,提高车队的一致性,本文提出一种将领导车辆作为跟车目标的车队结构。选取被控车辆与领导车辆之间的跟车距离误差、速度误差和被控车辆的加速度作为系统状态,对提出的车队系统进行数学建模。对于系统中的扰动问题,利用李雅普诺夫稳定性理论建立反馈增益解算的H∞控制准则。此外,设计传统协同式自适应巡航控制系统,将其和本文提出的车队控制方法进行对比分析。(4)硬件在环测试验证。基于dSPACE实时系统搭建硬件在环仿真测试平台,并设计典型工况对提出的协同式自适应巡航控制方法进行验证。硬件在环试验表明,提出的基于H∞控制的车队协同式自适应巡航控制方法能满足车队控制的一致性、鲁棒性、跟车性能和舒适性要求。
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