摘要
协同式自适应巡航控制系统是基于车间的无线通讯对自适应巡航控制系统的拓展，相较于自适应巡航系统，协同式自适应巡航控制系统可以实现更迅速的反应和更短的车间距离，从而在保证车辆行驶的安全性的前提下降低车队的燃油消耗，提升道路的通行效率。协同式自适应巡航控制系统已经成为解决交通事故、交通拥堵、能源浪费以及环境污染的有效手段。但是，现有的协同式自适应巡航控制系统主要基于理想的通信状况假设，较少考虑通信失效的情况，因此，采取必要的安全措施对通信失效的危险情况进行研究具有重要意义。此外，大多数的研究只是针对车辆在直线道路场景下的纵向编队行驶，对弯道行驶场景的横向控制问题考虑较少。 针对以上两个问题，本文分别提出了一种基于H控制理论的可退化的协同式自适应巡航控制策略和一种弯道协同式自适应巡航控制策略，主要工作内容如下： （1）有效跟随目标识别。自适应巡航控制和协同式自适应巡航控制的本质是控制车辆对自车道内前方距离最近的车辆进行跟随，因此准确地识别有效跟随目标是实现跟驰的基础。在直道行驶时，有效跟随目标的判断较为简单，但是弯道行驶时若采用相同的策略则可能会误判有效跟随目标。所以，本文设计一种有效跟随目标识别方法保证在弯道行驶的情况下准确识别跟随目标。首先，对有效跟随目标识别系统的整体架构进行设计；然后，基于车辆三自由度模型和扩展卡尔曼滤波器设计车辆行驶状态估计器，对车辆的横摆角速度进行估计；其次，设计相对横向距离预测模型，补偿道路曲率对车辆间的相对横向距离造成的影响；最后，设计车道关系识别模型，判断传感器检测到的车辆与自车的车道关系。在被判定为自车道内的车辆中选取纵向距离最近的车辆即为跟随的有效跟随目标。 （2）通讯失效情况下的协同式自适应巡航控制策略研究。首先，对协同式自适应巡航的控制问题进行了数学建模；然后，采用分层控制的思想设计控制器：上层控制器被设计为基于车间通讯的前馈控制器和基于H控制理论的反馈控制器两部分，前馈控制量由被控车的前车与领航车的期望加速度取权重组成，旨在提高车辆对前车、领航车动作的响应速度，反馈控制量在设计时将前馈控制量当做扰动处理，旨在保证车间的通信存在波动、误差的情况下保证系统的稳定性；最后，设计了驱动、制动切换策略，搭建了由逆发动机模型、逆制动器模型以及PID反馈控制器组成的下层控制器，将上层控制器发出的期望加速度转化为实际控制车辆模型的节气门开度和主缸制动压力。 （3）弯道行驶工况下的协同式自适应巡航控制策略研究。首先，对车辆编队弯道行驶的问题进行描述；然后，基于现有文献对前车跟随控制器进行建模；最后，对弯道协同式自适应巡航控制策略进行设计，主要的改进在于将直接跟随前车改为跟随由前车位置进行延伸获得的虚拟目标车辆，旨在避免车队下游车辆切出当前车道的情况。 （4）硬件在环试验验证。基于dSPACE实时系统搭建硬件在环仿真实验平台。设计两种工况对第四章中提出的弯道协同式自适应巡航控制策略的可行性、有效性。实验结果表明，该控制策略可以满足车辆编队弯道行驶的使用需求，控制效果良好。
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