考虑跟驰行为的智能网联车辆轨迹跟踪控制研究

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在智能网联环境中,高效且稳定的车辆轨迹跟踪控制可提高行车安全,同时多车在轨迹跟踪控制的作用下形成的队列行驶模式可以提升道路通行能力和缓解交通拥堵。在车辆轨迹跟踪控制中,不仅需要完成轨迹跟踪控制目标,同时车辆运动状态需符合交通流理论,即避免负的位置跟踪误差和负速度的出现。然而,车辆间的相互作用关系会影响车辆的运动规律。因此,在研究车辆轨迹跟踪控制时,车辆间相互作用关系不能被忽略。本文围绕智能网联车辆轨迹跟踪控制展开研究。一方面,针对车车通信过程中存在通信时延的车辆轨迹跟踪控制问题,考虑车辆跟驰行为和通信时延,提出一种车辆轨迹跟踪控制器,设置无时延、匀质时延以及异质时延场景仿真实验,验证所提控制器的有效性。另一方面,针对速度干扰下的车辆轨迹跟踪控制问题,基于反演控制方法,考虑车辆跟驰行为和速度干扰,提出一种分布式非线性车辆轨迹跟踪控制器,设置有/无速度干扰仿真实验,验证所提控制器的有效性。最后,针对换道驾驶场景下的车辆轨迹跟踪控制问题,考虑车辆跟驰行为和换道驾驶策略,提出一种轨迹跟踪控制算法,保证车辆完成直道和换道轨迹跟踪。此外,在车车/车路通信技术支撑下,智能网联车辆间以及智能网联车辆与路侧设备间可通过专用短程通信设备(Dedicated Short Range Communications,DSRC)进行通信,移植轨迹跟踪控制算法,深入验证所提控制器的可行性。论文的主要工作包括以下三个方面:1针对车车通信过程中存在通信时延的车辆轨迹跟踪控制问题,考虑车辆跟驰行为以及通信时延,提出一种非线性车辆轨迹跟踪控制器车车通信过程中存在通信时延,首先,基于车辆动力学模型,通过坐标旋转变换定义位置跟踪误差。然后,在车辆互联环境中,提出一种双向领导跟随通信拓扑来表征车辆间的通信连接,队列内的车辆可以通过双向领导跟随通信拓扑进行信息交互。考虑车辆跟驰行为、通信时延、车辆间距差以及速度差,提出一种非线性轨迹跟踪控制器,利用Lyapunov方法证明了所提控制器的稳定性。最后,考虑领导者车辆速度时变,并设置无时延、匀质时延和异质时延三种仿真场景,仿真结果验证了所提控制器的有效性,即避免了负的位置跟踪误差和负速度的出现。2针对速度干扰下的车辆轨迹跟踪控制问题,考虑车辆跟驰行为和速度干扰,提出一种基于反演控制的分布式非线性车辆轨迹跟踪控制器本文采用分布式控制结构,考虑车辆跟驰行为和速度干扰,提出一种基于反演控制技术的分布式非线性车辆轨迹跟踪控制器,以保证跟随者车辆可以跟踪领导者车辆轨迹并保持期望的安全间距,速度也收敛到和领导者车辆一致。然后,利用Lyapunov稳定性定理证明了所提控制器的稳定性。最后,数值仿真实验设置有/无速度干扰两种仿真场景,数值仿真结果验证了所提控制器的有效性。3针对车辆换道驾驶场景下的轨迹跟踪控制问题,考虑车辆跟驰行为和换道策略,提出一种分布式非线性车辆轨迹跟踪控制策略针对车辆换道驾驶场景。考虑车辆跟驰行为和换道驾驶策略,提出一种分布式非线性车辆轨迹跟踪控制器,以保证车辆能够完成直道和换道驾驶策略。然后,利用Lyapunov方法证明了所提控制器的稳定性,最后通过数值仿真验证所提控制策略的有效性。此外,在车车/车路通信技术支撑下,车辆配备车载单元和人机交互界面,道路两侧均匀安置路侧设备。车辆通过DSRC设备进行通信,并移植所提车辆轨迹跟踪控制算法,深入验证所提控制器的可行性。
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