随着我国公路运输需求的不断发展,道路上商用半挂车的数量逐渐增加,随之而来的交通安全问题也越来越突出。研究表明,利用协同式自适应巡航控制系统CACC(Cooperative Adaptive Cruise Control)对道路上的商用半挂车进行编队控制,对公路运输中的交通安全将产生积极影响。在CACC系统发展过程中,由CACC车辆、ACC车辆和传统车辆构成的混合交通工况将在未来一段时间内长期存在。对此,本文基于Terminal滑模控制理论设计了适用于商用半挂车车辆队列行驶的协同自适应控制算法,建立了车辆队列运动学模型及动力传动系统模型,用于分析商用半挂车车队的纵向控制性能。此外,针对自动驾驶车辆队列中车间通信失效的特定工况,在MATLAB/simulink和Trucksim软件环境下,对人工驾驶和自动驾驶半挂车共存的混合交通工况进行联合仿真及车队状态分析,最后利用Prescan软件和Logitech G29进行了驾驶员在环仿真,验证控制器的控制效果。本文将采用分层控制系统实现车辆的队列控制目标,该系统可分为上层期望加速度决策层和下层跟随车辆控制层。其中,加速度决策层根据领航车辆和跟随车辆的实时车间距、速度、加速度等信息,求解出跟随车辆的期望加速度;跟随车辆控制层则利用期望加速度,结合车辆速度、发动机转速、当前档位等信息,计算出节气门开度和制动主缸的压力,以实现对跟随车辆的控制。由于本文针对混合交通工况进行研究,所以上层期望加速度决策层的设计分为人工驾驶和自动驾驶两种情况。其中,人工驾驶汽车的上层控制器采用经典的IDM车辆跟驰模型;无人驾驶汽车则是设计一种Terminal滑模控制器,从而使跟踪误差在有限的时间内收敛为零,提高控制效率。结合本文选取的固定车间时距策略,通过计算车间距偏差传递函数是否大于1,验证单车的速度变化是否会导致后方车辆的车间距误差沿着行驶方向扩大,从而分析车辆队列稳定。在下层控制器的设计过程中,需要利用车辆动力学对行驶状态下的车辆进行受力分析,得到车辆受力对车辆状态的影响。然后,利用Trucksim软件中的车辆发动机扭矩特性MAP图建立发动机模型,对其进行归一化拟合,得出节气门开度的归一化函数;通过反查制动特性MAP图并进行插值建立制动系统模型。最后,在MATLAB/Simulink环境下,对建立的动力学模型进行两种典型工况的仿真分析,结果表明,建立的下层控制器模型具有较好的控制效果,可以准确判断车辆行驶和制动的运动状态。为了验证设计的CACC控制系统的有效性,本文进行了两种形式的仿真。一是利用MATLAB/simulink和Trucksim进行联合仿真,对自动驾驶车辆队列正常行驶和车间通信失效人工接管车辆两种工况进行了分析,后者即为人工驾驶车辆和自动驾驶车辆共存的混合交通工况,结果表明,设计的Terminal滑模自适应控制算法能够实现自动驾驶车辆队列的车辆跟踪功能并保证队列稳定性,而通过调整控制器的部分参数,能够解决人工驾驶与自动驾驶共存的混合交通工况下的碰撞问题,提高车辆队列主动安全性。二是利用Prescan软件和Logitech G29进行了驾驶员在环仿真,对人工驾驶车辆处于头车位置和中间位置两种情况进行分析,结果表明,设计的Terminal滑模控制算法在可以实现自动驾驶车辆队列的车辆跟踪功能并保证队列稳定性,结合改进后的控制方式,可以避免车队突然变为混合交通流时车辆队列碰撞事故,提高车辆队列的安全性。