车队安全运行控制方法、系统、计算机设备以及存储介质技术方案

本发明专利技术属于车队安全运行控制技术领域，具体公开了一种车队安全运行控制方法、系统、计算机设备以及存储介质。其中，本发明专利技术所研究的车队系统控制问题，可以被看作是一个多智能体系统的控制问题，本发明专利技术所设计的车队安全运行控制方法，不仅仅解决了车队内部车辆速度的协同控制问题，还同时将车队系统中车辆的位移路径跟踪等考虑在内，因而相比于传统速度协同控制的车队系统，更加具有安全性。同时，考虑到通信资源的分配问题，本发明专利技术研究的车队系统内部采用了分布式控制的方法，即仅需要将需要保持的速度、距离等数据传递给头车，并使信息在每辆车之间相互传递，即可保证车队系统的安全运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
车队安全运行控制方法、系统、计算机设备以及存储介质


[0001]本专利技术属于车队安全运行控制
，特别涉及一种车队安全运行控制方法、系统、计算机设备以及存储介质。

技术介绍

[0002]近年来，随着科学与技术的发展，车队协同控制也得到了广泛的关注，也涌现出了越来越多的车队内部安全控制问题。因此，利用智能控制来提高车队系统的安全性和交通效率，对于解决上述问题具有重要的意义。车队协同控制是一种智能的多智能体体控制方法，是对车辆在单车道上的形成控制，有利于解决车队的整体控制问题。车队控制的主要任务是如何能够保证跟随车辆的速度跟踪领先车辆的速度，同时保持车辆之间预定的安全距离。
[0003]另外，传统的分散控制的优点是针对性强，信息传递效率高，系统适应性强，缺点是信息不完整，整体协调困难，对通信资源的使用率大，车辆每时每刻都需要全局信息，从而造成了通信资源的浪费。现在许多研究的车队系统都是基于数学模型的。然而，由于车辆系统的大规模和复杂的发展，其数学模型往往难以准确地建立。因此，在大数据时代的背景下，数据驱动控制引起了人们的广泛关注。无模型自适应控制（Model
‑
free adaptive control , MFAC）是一种数据驱动控制方法。其中,非线性系统表示为与输入和输出数据相关的线性数据模型，利用线性数据模型设计了不含系统结构信息的控制算法。MFAC方法已广泛应用于车辆系统。同时，MFAC方法已被广泛地引入到多智能体系统中，以解决协同控制的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种车队安全运行控制方法，不仅利于解决车队系统内部车辆速度的协同控制问题，同时还将车辆的位移路径跟踪以及车队内部车辆发生故障等因素考虑在内，以避免造成车队内部发生碰撞，使得车队系统运行更加具有安全性；同时，本专利技术还考虑到通信资源的分配问题，采用分布式控制方法，以保证车队系统的安全运行。
[0005]本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种车队安全运行控制方法，包括如下步骤：步骤1. 建立车队系统的动力学模型；步骤2. 利用动态线性化的方法，将车队系统的动力学模型转化为线性化模型；步骤3. 给出车队系统速度和位置的控制目标；步骤4. 针对车队控制系统设计分布式控制器；步骤5. 基于所述线性化模型以及分布式控制器，设计关于控制输入和伪偏导数的性能函数，得到车队系统的控制更新律以及参数估计律，实现对车队安全运行控制。
[0006]此外，在上述车队安全运行控制方法的基础上，本专利技术还提出了一种与之相适应的车队安全运行控制系统，该车队安全运行控制系统采用如下技术方案：
一种车队安全运行控制系统，包括：车队系统模型构建模块，用于建立车队系统的动力学模型；线性化模块，用于利用动态线性化的方法，将车队系统的动力学模型转化为线性化模型；控制目标构建模块，用于给出车队系统速度和位置的控制目标；分布式控制器设计模块，用于针对车队控制系统设计分布式控制器；以及车队安全运行控制模块，用于根据线性化模型以及分布式控制器设计关于控制输入和伪偏导数的性能函数，得到车队系统的控制更新律以及参数估计律，实现对车队安全运行控制。
[0007]此外，在上述车队安全运行控制方法的基础上，本专利技术还提出了一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和一个或多个处理器。
[0008]所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，用于实现上面述及的车队安全运行控制方法的步骤。
[0009]此外，在上述车队安全运行控制方法的基础上，本专利技术还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序。
[0010]该程序被处理器执行时，用于实现上面述及的车队安全运行控制方法的步骤。
[0011]本专利技术具有如下优点：如上所述，本专利技术述及了一种车队安全运行控制方法、系统、计算机设备以及存储介质。本专利技术所研究的车队系统控制问题看作是一个多智能体系统的控制问题，所设计的控制方法，不仅仅解决了车队内部车辆速度的协同控制问题，还同时将车队系统中车辆的位移路径跟踪等考虑在内，相比于传统的速度控制问题，每辆车之间保持的距离可以灵活调整，使得车队系统运行更加具有安全性。本专利技术所设计的线性数据模型仅仅利用到车辆的刹车油门踏板控制，就能够对车队整体的速度和距离进行一个把控，相较于传统的动力学模型建立状态信息矩阵的方式，更突出一个对车辆复杂模型的处理问题。同时，考虑到通信资源的分配问题，本专利技术采用了分布式控制的方法，仅需要将需要保持的速度、距离等数据传递给头车，并使信息在每辆车之间相互传递，即可保证车队系统的安全运行。本专利技术所设计的车队控制方法仅需要操作员在头车进行刹车油门踏板控制即可通过网络通信来控制跟随的车队。
附图说明
[0012]图1为本专利技术实施例中车队安全运行控制方法的流程框图。
[0013]图2是本专利技术实施例中搭建的车队系统框图。
[0014]图3是本专利技术实施例中车队系统的通信图。
具体实施方式
[0015]实施例1本实施例1述及了一种车队安全运行控制方法，以解决车队系统内部车辆速度的协同控制问题，保证车队系统运行更加具有安全性。为了实现上述车队安全运行控制方法，首先搭建如图2所示的车队系统框图。在图2中车队的执行器是指汽车的刹车以及油门踏
板，传感器是速度位置定位仪，车队中每辆汽车的信号上传到通信网络中，并且与邻居车辆的速度位置信息进行交互，再将交互的邻居车辆信息传递给汽车的执行器端，通过油门刹车踏板控制汽车的位置速度，以此来达到车队系统的控制问题。
[0016]图3给出了车队运行时候的安全距离，以及信息交互的方式，由图3能够看出，由跟随者1将信息传递给跟随者2，再由跟随者2将信息传递给跟随者3，由跟随者3将信息传递给跟随者4，最终达到仅利用邻居车辆的信息，就能使车队系统实现安全运行。
[0017]如图1所示，本实施例1述及的车队安全运行控制方法，其包括如下步骤：步骤1. 建立车队系统的动力学模型，表示为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，i表示车队系统中第i辆车，i=1,2,
…
,n，n表示车队系统中车辆的数量。
[0018]k是车辆运行的时刻，T为采样时间。
[0019]s
i
(k)和s
i
(k+1)分别表示车队系统中第i辆车在k时刻以及k+1时刻的位移；v
i
(k)和v
i
(k+1)分别表示车队系统中第i辆车在k时刻以及k+1时刻的速度。
[0020]u
i
(k)是系统输入，u
i
(k)的表达式如下：u
i
(k)=a
i
(k)/[m
i
(k)r
i
(k)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)a
i
(k)是第i辆车的车轮上的制动扭矩，m
i
(k)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车队安全运行控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1. 建立车队系统的动力学模型；步骤2. 利用动态线性化的方法，将车队系统的动力学模型转化为线性化模型；步骤3. 给出车队系统速度和位置的控制目标；步骤4. 针对车队控制系统设计分布式控制器；步骤5. 基于所述线性化模型以及分布式控制器，设计关于控制输入和伪偏导数的性能函数，得到车队系统的控制更新律以及参数估计律，实现对车队安全运行控制。2.根据权利要求1所述的车队安全运行控制方法，其特征在于，所述步骤1中，车队系统动力学模型表示为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，i表示车队系统中第i辆车，i=1,2,
…
,n，n表示车队系统中车辆的数量；k是车辆运行的时刻，T为采样时间；s
i
(k)和s
i
(k+1)分别表示车队系统中第i辆车在k时刻以及k+1时刻的位移；v
i
(k)和v
i
(k+1)分别表示车队系统中第i辆车在k时刻以及k+1时刻的速度；u
i
(k)是系统输入，u
i
(k)的表达式如下：u
i
(k)= a
i
(k)/[ m
i
(k) r
i
(k)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)a
i
(k)是第i辆车的车轮上的制动扭矩，m
i
(k)和r
i
(k)分别表示第i辆车的质量和轮胎半径；f
i
(v
i
(k))是非线性函数，其表达式如下：f
i
(v
i
(k))= C
a v
i2 (k)+gfcos(θ)+gsin(θ)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)C
a
和f分别表示气动阻力系数和滚动阻力系数，g和θ分别表示重力常数和斜率角。3.根据权利要求2所述的车队安全运行控制方法，其特征在于，所述步骤2中，利用动态线性化的方法，将车队系统的动力学模型转化为线性化模型：Δv
i
(k+1)=Δv
i
(k)+ TΔu
i
(k)－Ψ
i
(k)Δv
i
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，Δv
i
(k)= v
i
(k)－v
i
(k－1)表示车辆在k时刻和k－1时刻的速度差；Δv
i
(k+1)表示车辆在k+1时刻和k时刻的速度差；Δu
i
(k)表示车辆在k时刻和k－1时刻的动力输入差；Ψ
i
(k)为伪偏导数，且：有界，v
i
* (k)∈(v
i
(k－1) , v
i
(k))；其中，v
i
(k－1)表示第i辆车在第k－1时刻的速度；定义y
i
(k)=[ s
i
(k) v
i
(k) ]
T
，并且把线性化模型写为以下紧凑形式：y
i
(k+1)=A y
i
(k)+ BΔu
i
(k)+ C
i
(k)Δy
i
(k)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)其中，Δy
i
(k)= y
i
(k)－y
i
(k－1)表示第i辆车在k时刻和k－1时刻的位移差以及速度差；，，并且。
4.根据权利要求3所述的车队安全运行控制方法，其特征在于，所述步骤3中，对于线性化模型，旨在设计数据驱动的分布式控制方法，以实现控制任务；所设计的控制方法最终满足以下两个条件：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，V表示跟第i辆车相邻的邻居集，第j辆车是第i辆车的邻居车辆；s
j
(k)和v
j
(k)分别表示第j辆车在第k时刻的位移和速度；ζ1和ζ2为正常数，d
ij
为第i辆车与第j辆车之间的最小安全距离。5.根据权利要求4所述的车队安全运行控制方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：车伟伟，马永胜，施涛，邓超，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：