随着经济和社会的不断发展,城市间高速路网不断完善,为经济发展提供了保障。但随着高速公路承载的运量不断加大,交通日益拥堵,由此带来的交通安全问题日益严峻。传统单车驾驶模式带来的交通效率低下是造成上述问题的主要原因。随着车路协同技术和自动驾驶技术的发展,智能车队通过提高车辆间信息交互能力实现不同智能车辆自主编队行驶,通过减小车队内部车辆间隔,有效提高了高速路网的通行能力,同时降低行驶能耗。伴随着车队驾驶模式带来的交通效率提高,也增加了车队行驶过程中的碰撞风险,因此在现有智能车队研究基础上提出车队主动安全方法,优化车队编组模式,通过预警和控制的手段,针对不同类型的碰撞风险提前预知和化解,是智能车队应用亟待解决的问题。本文从保证异构智能车队行驶安全的角度出发,对异构智能车队行驶中不同交通场景下的车队主动安全方法问题进行研究。其中本文所研究的异构车队特指由不同种类不同特性车辆组成的车队。通过对影响车队行驶安全的不确定性、差异性的车辆性能参数和通信参数建模,在此基础上通过基于典型场景的风险评估和巡航队列稳定性分析给出了满足车队安全需求的异构车队编组方法。针对队内碰撞风险,在常规和紧急模式下分别通过车队的巡航控制稳定性和主动安全转向控制保证车队行驶过程的行驶安全。针对车队的外部风险,通过基于V2V(Vehicle to vehicle)的低速交通流预警方法保证车队行车安全。基于论文的研究工作,主要取得了以下创新成果:(1)提出了针对异构车队队内安全间距优化的动态模型构建及量化评估方法。对影响行车安全的差异性和不确定因素,提出了基于阶段高斯分布的通信距离和车辆最大制动能力模型,Rayleigh分布的通信延误模型和非线性车辆制动模型。通过设定典型碰撞风险场景和风险评估指标,对不同速度对应不同间距下的碰撞风险进行量化,通过数据拟合方式提出了保证行驶安全和交通流稳定性的二次型最优间距模型。(2)提出了常规行驶模式下基于滑模控制的异构车队巡航稳定控制方法。综合影响车队行车稳定性的传输延迟和执行器延迟参数,通过Lyapunov稳定性理论结合基于频域分析的稳定性分析方法,在延迟参数未知有界的条件下,针对二次型安全间距模型下的巡航控制稳定性问题,设计了满足单车和车队队列稳定性的滑模控制设计方法,基于队列稳定性分析和鲁棒性分析给出了异构车队最大允许车辆数目和V2V通信最大允许延迟参数。(3)提出了紧急模式下的主动转向避撞策略。基于车队内车辆安全间距模型,在考虑换道车辆运动状态动态调整,换道时间随运动状态动态调整的条件下通过建立安全间距模型,给出了避撞换道时机选择方法,基于紧急换道过程中的横向加速度饱和约束、非完整性约束、换道时间约束和边界约束条件给出了基于运动解耦高次多项式模型的换道规轨迹。基于简化的横纵向耦合动力学模型,在模型部分参数未知的条件下,设计了自适应非奇异快速终端滑模控制器,满足了紧急换道过程中控制器的稳定性和实时性要求。(4)提出了基于V2V的前方低速交通流避撞方法。基于预警场景运动学分析和Brill减速制动模型,设计了基于相对速度感知信息的预警策略,结合旧金山I-880路段的采集信息的数据分析,给出了针对该路段不同天气环境预警阈值。以替代安全评价指标和预警成功率为指标进行不同交通场景下的预警仿真,在现有的基于地感线圈的可变限速预警方法基础上提高了预警效果。论文通过路段采集数据并结合多层次多场景下的仿真实验,设计并实现了在考虑异构车队中通信延迟、执行器延迟、车辆最大制动能力等多种不确定随机参数影响下的主动安全控制和预警仿真。通过仿真实验中与传统算法的比较,验证了本文提出的车队安全保障方法优于传统的控制和预警方法。