多类时延下混合车辆队列建模与协同控制

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.09.007

汽车工程 ›› 2022, Vol. 44 ›› Issue (9): 1359-1371.doi: 10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.09.007

所属专题：智能网联汽车技术专题-规划&控制2022年

多类时延下混合车辆队列建模与协同控制

胡满江^1,²,卜令坤¹,秦洪懋^1,²(),周岩³,边有钢^1,²,孙宁¹,郑讯佳⁴

^1.湖南大学机械与运载工程学院，长沙　410082
^2.湖南大学无锡智能控制研究院，无锡　214072
^3.潍柴智能科技有限公司，潍坊　261000
^4.重庆文理学院智能制造工程学院，重庆　402160

收稿日期:2021-12-28 修回日期:2022-01-26 出版日期:2022-09-25 发布日期:2022-09-21
通讯作者: 秦洪懋 E-mail:qinhongmao@vip.sina.com
基金资助:
国家重点研发计划(2021YFF0501102);国家自然科学基金(52002126);湖南省自然科学基金(2021JJ40065);重庆市永川区自然科学基金(Ycstc2020nb1301)

Modeling and Cooperative Control of Mixed Vehicle Platoon Under Multi-time Delay

Manjiang Hu^1,²,Lingkun Bu¹,Hongmao Qin^1,²(),Yan Zhou³,Yougang Bian^1,²,Ning Sun¹,Xunjia Zheng⁴

^1.College of Mechanical and Vehicle Engineering，Hunan University，Changsha 　410082
^2.Wuxi Intelligent Control Research Institute （WICRI） of Hunan University，Wuxi 　214072
^3.Weichai Intelligent Technology Co. ，Ltd. ，Weifang 　261000
^4.School of Intelligent Manufacturing Engineering，Chongqing University of Arts and Sciences，Chongqing 　402160

Received:2021-12-28 Revised:2022-01-26 Online:2022-09-25 Published:2022-09-21
Contact: Hongmao Qin E-mail:qinhongmao@vip.sina.com

摘要/Abstract

摘要：

本文研究了多类时延下同时具有人类驾驶车辆（HDV）和网联自动驾驶车辆（CAV）的混合车辆队列建模与协同控制方法。首先构建了一般形式的混合车辆队列系统模型，对CAV的数量与空间分布进行表征，并将驾驶员反应时延引入模型；接着，考虑V2V通信时延和传感器量测时延，设计了状态反馈控制器；推导了闭环系统特征方程，并根据Routh-Hurwitz判据确定了系统闭环稳定性的充分条件，以指导控制器参数设计；最后，通过数值仿真验证了控制器设计的有效性，定量展示了CAV对衰减交通波动的作用，并分析了各类时延对交通流波动的影响。

关键词: 网联自动驾驶车辆, 人类驾驶车辆, 混合交通, 车辆队列, 协同控制, 通信时延, 驾驶员反应时延

Abstract:

The modeling and cooperative control method of mixed vehicle platoon consisting of both human-driven vehicle （HDV） and connected and automated vehicle （CAV） under multi-delay condition is studies in this paper. Firstly， a generalized model for mixed vehicle platoon system is constructed to characterize the number and spatial distribution of CAVs， with the time delay of driver’s response introduced into the model. Then， with consideration of V2V communication time delay and sensor measurement time delay， a state feedback controller is designed， the characteristic equation of the closed-loop system is derived， and the sufficient conditions for the closed-loop stability of the system are determined according to the Routh Hurwitz criterion to guide the parameter design of the controller. Finally， numerical simulation is conducted to verify the effectiveness of the controller design， quantitatively exhibiting the role of CAV in attenuating traffic fluctuation， with the effects of various time delays on traffic flow fluctuation analyzed.

Key words: CAV, HDV, mixed traffic, vehicle platoon, cooperative control, communication time delay, driver response time delay

胡满江,卜令坤,秦洪懋,周岩,边有钢,孙宁,郑讯佳. 多类时延下混合车辆队列建模与协同控制[J]. 汽车工程, 2022, 44(9): 1359-1371.

Manjiang Hu,Lingkun Bu,Hongmao Qin,Yan Zhou,Yougang Bian,Ning Sun,Xunjia Zheng. Modeling and Cooperative Control of Mixed Vehicle Platoon Under Multi-time Delay[J]. Automotive Engineering, 2022, 44(9): 1359-1371.

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参考文献 33

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Modeling and Cooperative Control of Mixed Vehicle Platoon Under Multi-time Delay

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