基于双向多车跟随式拓扑的混合车辆队列稳定性研究

来源：中国血液净化杂志2022年第3期北京时间：

作者：边有钢, 杨依琳, 胡满江, 杜长坤, 徐彪, 秦兆博

单位：1. 湖南大学 机械与运载工程学院, 湖南 长沙 410082;2. 湖南大学 无锡智能控制研究院, 江苏无锡 214115;3. 北京理工大学 机电学院, 北京 100081"],"fundList_en":["NSF of China (52002126, 52172384, 52102394);Hunan Provincial Natural Science Foundation of China (2021JJ40065);Hunan Provincial Key R & D Program of China (2019GK2151);State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body (61775006)

摘要：车辆队列控制在提高驾驶安全性、提升交通流量、改善燃油经济性方面具有巨大潜力。现有车辆队列控制研究多针对完全由网联自动驾驶车辆组成的队列，难以应用于实际混合交通环境，而现有混合队列控制研究通常仅考虑网联自动驾驶车辆跟驰控制目标，而忽略了其对后方交通流与队列稳定性的影响。为此，研究了混合人工驾驶车辆与网联自动驾驶车辆的队列协同控制方法，在网联自动驾驶车辆控制设计中引入前后车信息，并研究其对队列稳定性的影响。首先构建了混合车辆队列系统模型，提出一种改进的适用于双向多车跟随式拓扑的混合队列控制器。其次针对双向通信拓扑，迭代推导出车辆队列首尾传递函数，分析扰动工况下混合车辆队列的通信拓扑及队列规模对闭环稳定性、首尾队列稳定性的影响。研究结果表明：在任意通信拓扑下采用所设计的网联自动驾驶车辆控制器均可达到队列闭环稳定；网联自动驾驶车辆作为混合车辆队列中的可控单元，可有效地衰减队内干扰，网联自动驾驶车辆利用后车信息也可更好地衰减队内扰动，保证首尾队列稳定；依据首尾传递函数分析，在单网联自动驾驶车辆的混合车辆队列中，首尾队列稳定性与网联自动驾驶车辆位置<i>i</i>无关，而与前后人工驾驶车辆数目<i>m</i>、<i>n</i>及队列规模<i>N</i>有关，且后方人工驾驶车辆数目<i>n</i>越多，越有利于首尾队列稳定。

关键词：汽车工程,混合车辆队列协同控制,闭环稳定性,队列稳定性,队列规模,通信拓扑

基金资助：国家自然科学基金项目(52002126,52172384,52102394);湖南省自然科学基金项目(2021JJ40065);湖南省重点研发计划项目(2019GK2151);汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主研究课题重点项目(61775006)