基于车载自组织网络的车辆协作控制建模研究

Cooperative control of vehicular platoons (CCVP) based on vehicular ad hoc networks (VANETs) is a trend of developing the intelligent connected vehicles. By CCVP, vehicles are automatically organized into a platoon, which can increase traffic capacity, reduce environmental effects and improve road safety. The main study contents of this project are as follows: 1) By analyzing the effect of the communication constraints of VANETs and the uncertain nonlinear dynamics of the vehicle model, obtain the CCVP control model that establish the quantitative relation among heterogeneous vehicle model, information flow among vehicles and communication constraints yielded by the communication features of VANETs. 2) Completing a theory system and approach to analyze the inter-vehicle stability and string stability for the stochastic uncertain nonlinear platoon switching control system with time delay, which is served as the design criteria for the adaptive information feedback controller. 3) A novel communication and nonlinear vehicle control co-design framework is proposed to solve the problem for controller design and optimization for the CCVP, which can improve the theory innovation for practical CCVP.

基于车载自组织网络(VANETs, Vehicular Ad Hoc Networks)的车辆协作控制是智能网联汽车发展的必然趋势，旨在实现车辆进入道路/高速公路的自动列队行驶，从而提高道路系统的车流量、安全性以及减轻环境影响。本项目的主要研究内容包括：1)分析VANETs特性引起的通信问题以及存在的非线性动力学特性对车辆控制的控制影响，继而探明非线性异质车辆模型、列队车辆信息交互关系以及由VANETs特性引起的通信影响之间互相作用机理，并建立相应的闭环车辆协作跟踪误差系统。2) 探索新的理论方法体系，解决针对所建模的随机不确定的非线性车辆切换延时控制系统的稳定性以及队列稳定性分析，为设计车辆自适应反馈协作控制器提供理论依据。3) 深入研究集成VANETs通信以及车辆非线性控制的统一框架结构设计与优化问题，推动能够满足实际车辆协作控制需要的算法革新。

道路交通面临的严峻的交通问题，促进了智能交通系统的发展。项目针对智能交通系统中的关键技术之一，网联车辆协作控制开展研究，主要的研究工作如下：.1）考虑了由车载自组织网络(VANETS)特性引起的通信限制问题(如通信延时、数据丢包、介质访问约束、车辆间时变的通信拓扑)对车辆列队控制性能的影响，分别建立了基于跟踪误差的闭环车辆协作控制系统。.2）获取了保证误差系统的内稳定性的相关条件；.3）基于稳定性条件，构建了车间通信与控制协同设计体系。并设计相关的算法，在统一框架结构下，求解控制器增益。.4）进行了队列稳定性分析，用于限定跟踪控制器增益。.5）搭建了智能网联洗车实验平台，开展车辆列队控制实验，对所提出的协同算法进行验证和改进。.项目中获得的理论成果，可为智能交通系统实现车路协同控制提供理论支持。