城市道路智能网联车辆轨迹鲁棒控制方法

来源：交通运输系统工程与信息杂志2024年第4期北京时间：

作者：刘美岐, 金楷然, 李雅澜, 郭戈

单位：1. 大连海事大学，a.航运经济与管理学院，b.综合交通运输协同创新中心，辽宁大连116026；2.东北大学，流程工业综合自动化国家重点实验室，沈阳110819；3.东北大学秦皇岛分校，控制工程学院，河北秦皇岛066004

摘要：针对车辆控制系统的执行器延迟和外部环境不确定性导致的智能网联车队性能不稳定甚至系统失稳问题，本文提出一种强鲁棒的信控路段智能网联车辆轨迹优化控制方法。首先，构建三阶车辆控制系统动态模型，以优化乘坐舒适性、安全性、车队平稳性、燃油经济性和交通延误为目标，以闯红灯和不安全的车间距离为惩罚，以速度和加速度上下界为约束，以前方交叉口信号变化为系统反馈，设计车辆轨迹控制器以提升受控车辆的运行效率。其次，将车辆轨迹控制器构建为最小—最大模型预测控制问题，针对执行器延迟和不确定性的最坏情况优化成本函数得到控制输入，以改善受控车队的稳定性。然后，采用迭代的庞德里雅金极大值原理进行求解，将控制问题离散化并将不确定参数划分为多个连续区间，找出最坏情况进行迭代计算，正向求解状态变量并逆向求解共轭变量，以提高控制问题的求解效率。仿真结果表明，该轨迹控制方法在信控路段和无信控路段均表现良好，有效应对随机的执行器延迟和外部车辆的干扰，如信号参数的改变、人类驾驶车辆的剧烈变速和小幅度的轨迹偏差。本文提出的鲁棒控制器具有良好的稳定性和优越性，能够显著改善乘坐舒适度(75.7%)并减少燃油消耗(18.4%)。

关键词：智能交通,轨迹控制,鲁棒模型预测控制,智能网联车,感应式信号

基金资助：国家自然科学基金青年科学基金(52202397)；中国博士后科学基金 (2023TQ0040)。