自适应巡航非线性异构车队的主动安全控制：防撞与容错

The problems of traffic accidents and traffic congestion become more and more serious, how to increase vehicle active safety and road efficiency has attracted particular attention. For the universal existence of unmodeled nonlinear characteristics, actuator nonlinear constraints, mismatch quantization of control input, some possible traction/braking failures and the inherent heterogeneous nature of adaptive cruise vehicle platoon, some novel distributed intelligent adaptive sliding mode control strategies are developed to increase road efficiency and achieve vehilce avtive safety collision avoidance and fault tollerance. In order to guarantee string stability and achieve vehicle to vehilce communication connective and active avoiding collision safety control, two types of intelligent control strategies are proposed based on prescribed spacing performance (PSP) index method or asymmetric barrier Lyapunov (ABL) function method. To tolerant the unknown directed time-varying faults including partial failures, deviation, break off, jamming, too strong signal and reversal, a new Nussbaum function is constructed to adjust the unknown fault direction automatically. At the same time, modified constant time headway policy (MCTHP) is proposed to improve road efficiency. Apply the proposed control strategies to the intelligent vehicle platoon to improve the practical significance of this project. At the same time, the results of the project will enrich and perfect the active safety control theory for adaptive cruise vehicle platoon.

交通安全和交通拥堵问题日益严重，如何提高车辆主动安全性和公路交通效率受到广泛关注。本项目针对自适应巡航车队固有的异构性以及普遍存在的无模型非线性特性、执行器非线性约束、控制信号不匹配量化以及可能出现的牵引/制动故障问题，提出一套新颖的分布式智能自适应滑模控制方案以提高公路交通效率并实现车辆主动安全防撞和故障容错。为了确保队列稳定性并实现车车通信保持和主动防撞安全控制，提出基于预设车间距性能（PSP）指标法和不对称障碍李雅普诺夫（ABL）函数法的两种智能控制策略；针对含有部分失效、偏移、中断、卡死、信号过强及反转的未知方向时变故障，构建新的Nussbaum函数自动匹配未知故障方向，并提出一种改良型的固定车头时距策略（MCTHP）提高公路交通效率；将所提控制策略应用到智能车队中以提高本项目研究的实际意义，项目所取得的成果也将丰富和完善自适应巡航车队主动安全控制理论。

本项目针对具有无模型非线性特性、执行器非线性约束、执行器故障方向未知的自适应巡航车队的容错和防撞安全控制问题、多智能体系统事件驱动容侵控制以及模糊控制系统的事件驱动故障检测及容侵控制进行深入和系统的科学研究。研究集中在三个方面。首先，针对车辆队列系统提出基于预设车间距性能指标法和障碍李雅普诺夫函数法实现车车通信保持和主动防撞安全控制，并针对含有部分失效、偏移、信号过强及反转的未知方向时变故障，构建Nussbaum函数法自动匹配未知故障方向。其次，针对具有外部干扰、拒绝服务攻击和执行器故障的非线性多智能体系统，给出了基于抗干扰观测器的事件驱动故障检测和容侵控制策略。最后，针对具有执行器饱和、拒绝服务攻击的模糊控制系统，给出了新的事件驱动机制和容侵策略。. 本项目共发表学术论文39篇，大部分发表在国内外权威学术期刊和会议上，其中SCI检索期刊论文28篇，会议论文11篇，中科院1区论文17篇，ESI高被引论文1篇，Automatica论文2篇，IEEE会刊Regular Paper论文14篇，自动化学报英文版论文2篇。同时，出版英文学术专著1部，授权发明专利2项，实审发明专利1项。项目负责人和团队成员基于该项目进一步获得国家自然科学基金面上项目两项，项目负责人和两名团队成员获得职称的晋升。项目负责人2020年获得广东佛山顺德区高层次教育人才称号，并依托本项目，培养硕士毕业生5名，博士毕业生3名。