一种车辆队列滑模控制方法和装置、系统、存储介质

本发明属于车辆控制，尤其涉及一种车辆队列滑模控制方法和装置、系统、存储介质。

背景技术：

1、近年来，网联自动驾驶车辆越来越受到关注，v2v通信技术允许实时传输状态信息，如位置、加速度和速度。后续车辆可以利用车载传感器来接收和解释这些信息，从而实现协同控制。但在复杂的交通环境和恶劣的天气条件下，不可预见的电气或电磁干扰可能会干扰通信设备或信号传输，甚至车辆队列通信中断。随着学者对此问题的深入研究，滑动模式控制作为一种强大的解决方案出现，在复杂和不确定的环境中提供了强大的弹性和快速响应特性。通过引入滑模面，实现了对系统的精确控制，提高了整体控制效果，减轻了干扰对通信系统的影响。y.zhu等设计了一种联合分布式自适应滑模控制器，以避免相邻车辆的扰动影响。g.feng等采用滑模控制理论来处理不同的扰动并使其收敛性最小化，从而提出了一种新的协调控制方案，实现了队列稳定。目前，常用的滑模控制方法包括等速趋近律、准滑模趋近律和指数趋近律。许多学者研究证明，等速趋近律表现出较慢的控制速度和明显的加速度振荡，导致滑模稳定性较差。另一方面，准滑模控制规律具有较好的稳定性和较快的控制速度。然而，它的加速度和控制输入的平滑性不如指数趋近律。指数趋近律允许滑模在非有限时间内达到期望状态，转换函数最终收敛到零，这种方法提供了更快的控制速度和更稳定的控制输入。

2、然而，车辆队列另一个重要组成部分是车辆间距策略，这对队列的控制具有重要影响。间距策略决定了预设车间距离的合理性，从而影响了交通安全和道路通行能力。目前，常用的间距策略包括恒定间距策略和恒定时距策略。在车辆通信中断的情况下，联网车辆将过渡为非联网车辆，阻碍信息接收和传输，从而使车辆队列不稳定，并可能导致追尾。为了解决这些问题，来自国内外学者进行了广泛的研究。h.chehardoli等基于恒定间距策略，引入了一种恒间距的动态策略，并提出了一种新的分散鲁棒自适应共识协议。ge guo等提出了一种通过恒定间距策略来调整车辆间距的自适应滑模队列控制方案。基于恒定时距策略，y.bian等研究了使用车对车(v2v)通信技术的多领导者跟踪策略，并引入恒定时距策略以确保干扰衰减能力。恒定间距策略(cs)只能在至少有一个领航者—跟随者通信拓扑结构的情况下实现间距误差上的串稳定性。此外，由于采用恒定间距策略的车辆难以应对多变的跟驰情况，纯恒定间距策略车辆队列在实际中的应用受到了很大的影响。恒定时距策略(cth)可以在一定程度上提高车辆队列的稳定性，但纯恒定时距策略(cth)在快速变化的速度条件下缺乏灵活性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，提供一种车辆队列滑模控制方法和装置、系统、存储介质，实现对车辆队列的扰动抑制和平滑性控制，同时保证车辆队列通信中断下的车辆队列整体稳定性，并保证在车辆队列的稳定性在短时间内恢复稳定。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种车辆队列滑模控制方法，包括：

4、步骤s1、根据车辆间的预期距离，得到车辆间的位置误差、速度误差；

5、步骤s2、根据车辆间的位置误差、速度误差，得到存在外部干扰时的车辆纵向非线性动力学模型；

6、步骤s3、根据车辆间的位置误差、速度误差和存在外部干扰时的车辆纵向非线性动力学模型，得到车辆队列空间状态；

7、步骤s4、根据车辆间的位置误差、速度误差，得到状态切换函数；

8、步骤s5、根据车辆队列状态空间状态和状态切换函数，得到队列状态控制律；

9、步骤s6、根据状态切换函数，得到指数趋近律；

10、步骤s7、根据指数趋近律、状态切换函数和滑模控制时的车辆队列空间状态，得到滑模控制律；

11、步骤s8、根据滑模控制律和队列状态控制律，得到车队控制律。

12、作为优选，队列状态控制律为：

13、

14、其中，q1为车辆位置误差的系数，q2为车辆速度误差的系数，gi为通信延迟时间，ai-1和vi-1为车辆i-1的加速度和速度，vi为车辆i的速度，ci为阻力系数，f为车辆阻力系数，mi为车辆质量，ωi(t)为外部环境对车辆队列通信的集中干扰，ai-1(t)为车辆i-1的加速度。

15、作为优选，滑模控制律为：

16、

17、其中，si为状态切换函数。

18、本发明还提供一种车辆队列滑模控制装置，包括：

19、第一计算模块，用于根据车辆间的预期距离，得到车辆间的位置误差、速度误差；

20、第二计算模块，用于根据车辆间的位置误差、速度误差，得到存在外部干扰时的车辆纵向非线性动力学模型；

21、第三计算模块，用于根据车辆间的位置误差、速度误差和存在外部干扰时的车辆纵向非线性动力学模型，得到车辆队列空间状态；

22、第四计算模块，用于根据车辆间的位置误差、速度误差，得到状态切换函数；

23、第五计算模块，用于根据车辆队列状态空间状态和状态切换函数，得到队列状态控制律；

24、第六计算模块，用于根据状态切换函数，得到指数趋近律；

25、第七计算模块，用于根据指数趋近律、状态切换函数和滑模控制时的车辆队列空间状态，得到滑模控制律；

26、第八计算模块，用于根据滑模控制律和队列状态控制律，得到车队控制律。

27、作为优选，队列状态控制律uin(t)为：

28、

29、其中，q1为车辆位置误差的系数，q2为车辆速度误差的系数，gi为通信延迟时间，ai-1和vi-1为车辆i-1的加速度和速度，vi为车辆i的速度，ci为阻力系数，f为车辆阻力系数，mi为车辆质量，ωi(t)为外部环境对车辆队列通信的集中干扰，ai-1(t)为车辆i-1的加速度。

30、作为优选，滑模控制律为：

31、

32、其中，si为状态切换函数。

33、本发明还提供一种车辆队列滑模控制系统，包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有由所述处理器运行的计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器运行时执行车辆队列滑模控制方法。

34、本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在运行时执行车辆队列滑模控制方法。

35、本发明根据车辆间的位置误差、速度误差和存在外部干扰时的车辆纵向非线性动力学模型，得到车辆队列空间状态；根据车辆间的位置误差、速度误差，得到状态切换函数；根据车辆队列状态空间状态和状态切换函数，得到队列状态控制律；根据状态切换函数，得到指数趋近律；根据指数趋近律、状态切换函数和滑模控制时的车辆队列空间状态，得到滑模控制律；根据滑模控制律和队列状态控制律，得到车队控制律。采用本发明的技术方案，实现对车辆队列的扰动抑制和平滑性控制，同时保证车辆队列通信中断下的车辆队列整体稳定性，并保证在车辆队列的稳定性在短时间内恢复稳定。

技术特征：

1.一种车辆队列滑模控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的车辆队列滑模控制方法，其特征在于，队列状态控制律为：

3.如权利要求2所述的车辆队列滑模控制方法，其特征在于，滑模控制律为：

4.一种车辆队列滑模控制装置，其特征在于，包括：

5.如权利要求4所述的车辆队列滑模控制装置，其特征在于，队列状态控制律为：

6.如权利要求5所述的车辆队列滑模控制装置，其特征在于，滑模控制律为：

7.一种车辆队列滑模控制系统，包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有由所述处理器运行的计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器运行时执行如权利要求1-3中的任一项所述的车辆队列滑模控制方法。

8.一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在运行时执行如权利要求1-3中的任一项所述的车辆队列滑模控制方法。

技术总结本发明公开一种车辆队列滑模控制方法和装置、系统、存储介质，包括：根据车辆间的位置误差、速度误差和存在外部干扰时的车辆纵向非线性动力学模型，得到车辆队列空间状态；根据车辆间的位置误差、速度误差，得到状态切换函数；根据车辆队列状态空间状态和状态切换函数，得到队列状态控制律；根据状态切换函数，得到指数趋近律；根据指数趋近律、状态切换函数和滑模控制时的车辆队列空间状态，得到滑模控制律；根据滑模控制律和队列状态控制律，得到车队控制律。采用本发明的技术方案，实现对车辆队列的扰动抑制和平滑性控制，同时保证车辆队列通信中断下的车辆队列整体稳定性，并保证在车辆队列的稳定性在短时间内恢复稳定。技术研发人员：王建强,童婷,操建中,贺鹏鸣,李世威,朱光祖受保护的技术使用者：兰州交通大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9