随着中国经济快速发展,货运需求不断升级并将持续增长。交通强度的增加导致较高的燃料使用和有害气体排放以及复杂的交通环境。交通安全及效率成为一个日益严重的问题。车队协同控制中的车辆可以通过保持较小的车间距提高交通容量,减少交通拥堵。事实上,除了上述两方面的功能,基于车队的驾驶模式在减少车间距的同时,可减少跟随车的风阻系数,从而减少油耗和二氧化碳的排放。然而车队在节油方面的潜力一直未受到关注。受诸如道路坡度,速度限制等道路环境影响,为车队规划最优参考速度而不是设定固定参考速度更合理且符合实际情况。因此,为了保证车队节油及稳定控制,本文对运输车队系统中的车队建模,速度规划,队列稳定性条件,非线性动态及其不确定性,控制器设计,车队协调规划等问题进行了研究,具体研究内容如下:(1)研究了车队分布式滚动时域优化控制问题。同时考虑车队油耗优化及队列稳定性,提出一种两部分的分级控制方法。采用最优控制理论,通过构建和求解优化问题推导出控制器中的第一部分。基于车队稳定性分析设计第二部分的控制器,补充第一部分。最终所得控制器可在保证车队稳定性的同时,油耗最小。(2)研究了车队速度规划与跟踪控制问题。提出一种双层控制结构:速度规划层计算最优参考速度曲线,车队控制层实现车辆跟踪控制。第一层,考虑道路坡度及车辆非线性,建立车队非线性模型。基于组合优化成本及动态规划方法,根据车队平均模型,分别基于时间和空间这两种采样方法设计了两种速度规划算法。在异质车队的速度规划中,采用车队平均模型而不是领头车的模型使得规划结果更加有效。第二层,基于非线性车辆模型,采用连续及离散方法设计了两种控制器并进行车队队列稳定性分析,分别对应于第一层基于时间和空间采样的规划方法。在离散控制器设计中,提出了一种新颖的车队队列稳定性准则,使得所设计的控制器更加有趣。仿真及实验结果表明,以上两种方法均可确保车队燃油经济性及稳定性。(3)研究了车队变步长速度规划及模型不确定性问题。针对具有未知非线性动态的车队系统,设计了两层油耗最优解决方案框架。提出一种可变步长动态规划方法来求解速度规划层中涉及的优化问题,所得的速度曲线可以实现精度和计算成本之间的折衷,因此,在变化的交通条件下更加节油。在速度跟踪控制层中,使用模糊模型逼近系统中的未知非线性函数,提出了一种基于自适应观测器的跟踪控制器,该控制器的有趣之处在于它可以通过控制车辆的跟踪误差非常小来确保车队的队列稳定性。数值仿真和车队实验验证了该方法的有效性。(4)研究了车队协调规划与复合控制问题。首先,将该问题分为两个子问题,分别为协调规划问题和车队控制问题,对应地,提出一种双层控制结构。在上层,基于车辆数据信息及运输节省成本提出一种基于聚类的车队协调规划方法,该方法利用车队模式的节油效益,通过提高车辆编队率,进一步降低车队整体油耗。考虑到扰动对系统的影响,在车队控制层分别针对高幅低频扰动与低幅高频扰动设计基于事件触发的模型预测前馈控制器和基于滑模控制的反馈控制器。最终所设计的前馈-反馈复合控制器一方面可处理扰动和输入饱和约束,另一方面可保证车队稳定性。最后,仿真结果表明所提方法的有效性。