车队是由同构或异构车辆组成的多智能体系统,由于队内车辆可以相互协调,故具有提高公路系统容量,减少交通事故发生,减少燃油消耗等优点,目前广泛应用于各种运输任务。然而,由于单个车辆具有强耦合高非线性的结构特点,多个车辆之间又需要高效的协调方式。因此,本文提出一种基于单车协同和多车协调的车队分布控制方法,以实现车队系统的稳定性和安全性,具体如下所示:首先,为保证对系统的有效控制,基于必要的假设,建立三自由度车辆动力学模型和运动学模型。所建立的动力学模型考虑到侧向与纵向的耦合作用。建立基于预瞄机制的侧向运动学模型,建立基于定常车头时距(Costant time headway,CTH)纵向车间距的纵向运动学模型。其次,为实现跟随车辆侧向稳定性和快速跟踪参考道路中心线的多元目标,同时又保持安全车距,提出了基于模型预测控制(Model predictive control,MPC)与滑模变结构控制(Sliding mode control,SMC)的车辆侧向与纵向协同控制策略。在掌握MPC和SMC原理的基础上,详细阐述了基于MPC的侧向控制器和基于SMC的纵向控制器的设计过程,并对SMC控制器进行李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性证明。再次,在协同控制器的基础上,针对多车协调问题,提出了基于复合安全距离的车队分布协调控制策略。通过在CTH安全距离模型中引入改进的驾驶员预估(Improved driver-preview,IDP)安全距离模型,来构建复合安全距离模型。给出安全距离模型切换流程,在此基础上选择更安全的车距。同时,对分布协调控制策略的实现步骤进行详细阐述,并给出切换安全距离模型后增大车间距的方法。最后,针对前车紧急制动的工况,结合协同控制方法,提出了车队换道策略。采用五次多项式的方法生成车辆换道轨迹,并添加合理的速度约束和乘员舒适性约束,将其转化为有约束条件下的优化问题,通过求解目标函数得到最优换道轨迹。同时,求出换道车辆和前车所需的初始最小纵向安全距离,从而避免换道车辆在换道过程中与前车发生碰撞。在MATLAB/Simulink仿真环境下建立了车队系统模型和控制器,对多种工况进行数值仿真,证明上述车队分布控制理论和方法的可行性和有效性。本文的研究成果致力于提高高速公路下车队行驶的安全性,为实现车队的单车协同和多车协调控制提供基本理论和方法的借鉴和参考。