基于交通传感网的自主车队协同安全控制

With the increasing number of maneuver vehicles, traffic accidents and road congestion have attracted more and more attention. Based on traffic sensor networks, this proposal studies the key issues of the following control and emergency brake control of autonomous vehicle platoon under various of uncertain factors, such as external disturbances, delays, packet dropouts and independent-state measurement noises. Safety performances of autonomous vehicle platoon (such as stability, convergence and bidirectional string stability) are analyzed using flocking theory, stochastic differential equation tool, frequency-domain analysis method, and data scheduling technology, such that inherent restrictive relation among model parameters, controller parameters, various uncertain and safety control performance is revealed, based on which, fast convergence of vehicle platoon under communication constrains is further investigated through non-smooth consensus approach (i.e., homogeneity method and adding power integrate method) and fractional-order system theory. This proposal is expected to put forward a good safety cooperation control solution with fast convergence and high autonomy, which provides an intelligent control technology for intelligence transportation systems, which is also able to apply to the aided driving easily. So studying cooperative platoon control theory and developing the corresponding technology have the great theory value and urgently practical requirements.

随着道路机动车辆越来越多，交通事故和道路拥塞受到越来越多的关注。本项目基于交通传感网以自主车队协同安全控制为目标，研究多自主车辆在各种不确定性因素（如外部扰动、时延、丢包和依赖车辆状态的测量噪声等）下的跟随控制和紧急刹车控制中的关键问题。采用群集理论、随机微分方程工具和频率法及数据调度技术等分析自主车队协同安全控制性能（稳定性，收敛速度，双向弦稳定性），以此来揭示模型参数、控制器参数、各种不确定因素与安全控制性能的内在制约关系。在此基础上，考虑到紧急刹车时各车辆受时间、空间和目标距离等苛刻条件限制，采用非光滑一致性方法（如齐次性方法和加幂积分方法）和分数阶理论进一步研究车队在通信受限条件下的快速收敛性。本项目的研究将有望提出具有安全性能好、响应速度快和智能自主性高等协同控制方案，从而为实现智能交通提供一套智能控制技术，该技术也容易应用于车辆的辅助驾驶。具有重大的理论意义和迫切的现实需求。

项目背景：.中国已经大踏步进入“汽车时代”。交通拥堵现象日益严重，交通安全问题已经成为了当今世界亟待解决的突出问题之一。为了减少交通事故，提高运输效率，减轻驾驶员劳动负荷，从智能控制的角度，把多部车辆组织成车队，利用各车辆上的车载传感器组成自组织网络实时地收集车辆状态和附近道路信息，实现车辆间和基础设施信息共享。.项目研究内容：.1）面向不确定性因素的自主车队协同跟随控制；2）车队协同自主紧急刹车控制；3）基于交通传感器网的车队协同安全控制；4）模拟仿真平台和物理验证平台开发。.关键数据及其科学意义：.提出一套具有各种不确定因素影响的车队协同安全控制方法，开发了一套车队协同控制仿真软件平台。在国内外重要期刊上发表了SCI/EI 论文24篇论文，包括SCI论文13篇（其中SCI会刊长文6篇），EI论文11篇，申请发明专利2项，软件著作权1项；参加国内外学术会议10次，组织学术研讨会2次；培养博士研究生3名，硕士研究生6人，本科生15人。.以上这些研究结果在自主车辆跟随控制和协同刹车控制方面取得了突破性进展。能进一步深化和完善多智能体编队理论、聚集理论和一致性理论，能为智能交通系统（ITS）提供理论指导和技术参考，也将丰富ITS的研究内容并推动ITS理论和技术进一步发展。从工程应用上讲，可以提高车辆的主动安全性和道路的运载负荷，特别是可以减少车辆连环追尾事故。开发的理论成果可以应用于车辆的辅助驾驶中，能大大地提高现代车辆的智能程度，从而有效地提高驾驶的主动安全性和舒适性，也有助于提高道路的利用率，节约出行时间，并有利于节能减排。