协同式自适应巡航控制基于传感器通讯的基础上,运用无线通讯技术获取前车的行驶信息用于车辆控制,可以改善车辆控制器的通讯延迟和滞后,结合基于车车通讯的前馈控制,可以有效的缩短控制延迟时间,进而缩短车辆间的间距,减少车辆空气阻力,达到节能降耗和提高道路通行能力的目的。本文为了提高协同式自适应巡航控制算法的控制精度和跟踪性能,在满足控制目标和约束条件下,设计了模型预测控制器,并搭建联合仿真平台分析评价算法的实用性和有效性。首先,根据现有的研究技术和成果对协同式自适应巡航系统的总体架构进行设计,其中控制器分为上下位控制器。在分析车辆纵向动力学模型的基础上进行下层控制器的搭建,建立车辆逆动力学模型,包括节气门、制动器和两者的切换逻辑算法。下层控制器引入PID控制策略,将积分控制分离出来,通过实际加速度与期望加速度的偏差大小分工况控制,建立协同式自适应巡航系统下层控制器。通过设置阶跃的加速度信号对下层控制器进行仿真验证,解决了节气门和制动器切换时加速度的抖动问题。针对车辆行驶过程中的非线性动态特性,基于固定车头时距算法,搭建了考虑车辆纵向运动的安全距离模型,为上层控制器的设计打下基础。然后,基于模型预测控制算法设计协同式自适应巡航系统的上层控制器,搭建了离散线性状态空间模型,根据车辆的物理条件约束和跟踪性能的要求,对控制目标和约束条件进行设计,建立符合要求的目标函数,并将带约束的状态空间模型预测问题转化为求解标准二次规划问题。通过应用反馈线性化控制算法,对比分析模型预测控制算法的速度跟踪曲线和间距误差结果图,证明了模型预测控制算法的稳定性和有效性。为了解决上下界严格约束无法求得可行解的问题,在目标函数中引入一个乘法因子作为松弛变量来改进模型预测控制算法,通过设置权重系数来决定松弛变量对系统中各变量的软化程度,最后转化为可以求解的二次型优化函数,并运用李雅普诺夫第二方法对改进的模型预测控制算法进行稳定性分析。最后,通过Simulink/Truck Sim联合仿真平台对改进前后两种算法在平稳跟车和紧急制动时的结果图进行分析,验证了改进后的控制算法能够有效地减少队列中车辆速度的波动,缩短了后车的响应时间,从而改善交通安全性。