摘要
为了改善无线通讯系统本身自带的缺陷对协同自适应巡航控制的不利影响，并研究提高协同自适应巡航控制的性能，本文基于模型预测控制(MPC)算法建立了队列协同自适应巡航控制(CACC)控制器，并针对通信延迟丢包和通信中断问题提出了相应的切换策略。通过Simulink和CarSim联合仿真平台对所建立的队列控制器和所提出的切换策略的性能和效果进行仿真验证分析。 首先，确立了协同自适应巡航控制总体控制框架为分层控制结构，上层控制器是基于模型预测控制算法建立的，下层控制器基于模糊PID控制算法。 其次，建立了车辆的驱动和制动模型;通过具有五次多项式分子和四次多项式分母的函数进行拟合，设计驱动和制动之间的切换策略;根据节气门开度和发动机转速建立换挡逻辑策略;基于模糊PID控制算法建立车辆纵向下层控制器。最终仿真结果表明了下层控制器具有很优秀的控制性能。 然后，根据间距策略、通信拓扑结构建立车辆模型和队列模型，并基于模型预测控制算法设计上层控制器，将跟随行、安全性、舒适性和燃油经济性表示为物理表达式并建立代价函数并进行优化计算;在优化时将车辆的物理极限作为最优化求解的约束;为了应对通信丢包和通信中断的情况以达到更好队列控制效果,本文改进了一种应对丢包的丢包补偿策略和一种应对通信中断的协同自适应巡航控制系统平缓退化为自适应巡航控制系统的过渡模式。 最后，基于Simulink和CarSim联合仿真平台对CACC队列进行仿真分析总结，分别设计了加速-匀速-减速工况、急加速起步-高速紧急制动工况、通信丢包延迟工况、通信中断工况四种仿真工况进行仿真分析。结果表明，所改进的应对丢包的丢包补偿策略具有很好的信息补偿效果，过渡模式可以使协同自适应巡航控制系统更平缓地退化为自适应巡航控制系统。并且经过对通信延迟工况的分析可以得出，通信延迟对于间距误差的影响较大，对于协同自适应巡航控制队列的性能有很明显的不利影响，如果想要提高CACC车辆队列的整体跟车性能和稳定性，降低通信延迟是一个非常有效的途径。
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