可接受间距策略下网联车辆队列安全优化控制方法

来源：交通运输系统工程与信息杂志2025年第6期北京时间：

作者：杨海飞, 唐勇, 郭延永, 李红伟, 赵恩泽

单位：1. 河海大学，土木与交通学院，南京210024；2.东南大学，交通学院，南京210096

摘要：基于可接受间距策略的三相自适应巡航系统(Three-Phase Adaptive Cruise Control,TPACC)以线性控制器实现车辆间的速度同步，虽然较恒定时距策略改善了稳定性，但在面临复杂交通扰动时更易诱发交通冲突。为此，本文在车联网支持下运用模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)对CTPACC(Cooperative TPACC)车辆队列进行安全优化。首先，构建考虑系统延时的CTPACC运动学模型，通过数值实验阐明可接受间距策略下队列控制的稳定性与安全性关系；进而，提出基于速度同步的MPC安全优化策略，同时，引入终端约束与贝叶斯优化保障系统稳定，并设计延时补偿机制改善控制性能；最后，结合典型工况验证所提策略的有效性。结果显示：线性控制器过高的稳定裕度将导致追尾事故或紧急安全模式介入，且安全性与稳定性呈现非单调性关系。针对此，无延时补偿MPC在控制稳定基础上带来安全性整体提升，延时补偿机制进一步实现稳定性与安全性的全面优化，理论工况下，安全风险指标时间积分碰撞时间、时间暴露碰撞时间、队列振荡指标平均最大超调量和总绝对加加速度值的降幅达到24.4%~61.7%、29.7%~57.4%、52.7%~90.8%和13.9%~81.3%，且在扰动强度敏感性实验以及实际工况测试中均表现相同趋势。此外，所提策略抑制紧急安全模式介入，提升车辆控制平稳性。交通流相变分析表明，延时补偿MPC在瓦解拥堵核的同时，两项安全风险指标较典型线性控制器分别下降50.4%与53.3%。

关键词：智能交通,安全优化控制,模型预测控制,网联车辆队列,可接受间距策略

基金资助：国家自然科学基金 (52272343)；武汉市交通强国建设试点科技联合项目 (2024-2-1)。