车队协同驾驶的车辆模型预测控制研究_冯挽强.pdf
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1、AUTO TIME 7 FRONTIER DISCUSSION|前沿探讨 时代汽车1概述对于货车、卡车等行驶轨迹相对固定的物流车而言,其高速行驶场景具备常见性,因此物流车高速场景有可能将成为最先实现的自动驾驶应用场景之一。协同驾驶,也称为协同式自动驾驶,是自动驾驶的一个重要分支,其核心思想是在一定的区域内,多辆车通过共享信息并协同控制。协同驾驶的能明显提高道路利用率和行驶安全性,除此之外,还能够直接减低能源消耗,带来可观的经济效益和社会效益。由车辆动力学方程可知,车辆车速超过 80 公里/小时,超过一半的驱动功率用于克服空气阻力,商用车采用编队行驶有利于减少空气阻力降低能耗。研究表明,无人驾驶
2、商用车辆如果采用车辆编队方式行驶,可以降低约 20%的车队整体能源消耗。对于物流行业来说,车队协同驾驶无疑是一个巨大的节能减排技术突破口。在目前“碳达峰、碳中和”的政策大环境下,车队协同驾驶自然而然成为自动驾驶的研究热点之一。协同驾驶的实现,需要依赖先进智能网联技术,包含通信技术、传感器技术、决策控制技术等。由于车辆间的通信延迟、行驶意图的不确定性以及环境复杂性等因素,协同驾驶的车队模型预测控制算法还存在很多难点与挑战。本文针对协同驾驶的车队模型,进行预测控制算法研究,并行了仿真分析,得出一种车队协同驾驶的车队模型预测控制算法。2协同驾驶的车辆模型预测控制算法TruckSim 是一款专门用于模
3、拟多轴商用车和军用车辆性能的软件,该软件具有直观的用户界面和强大的分析工具,使用户可以构建复杂的场景并测试事件序列。TruckSim支持软件在环、模型在环、硬件在环和驾驶员在环等模拟模式,优点是其动力学模型搭建过程简单,并可以通过参数化配置整车参数。本文在仿真软件 Trucksim 中建立单车动力学模型,单车的整车参数选取为见表 1。冯挽强罗茶根张周平陈志伟涂培培南昌智能新能源汽车研究院江西省南昌市330200摘 要:随着科技的不断发展,自动驾驶技术已经成为了当前汽车行业的研究热点。其中,协同驾驶作为自动驾驶的一个重要分支,其目标是实现多辆车之间的信息共享和协同控制,以降低能耗、提高道路利用率
4、和行驶安全性。然而,由于车辆间的通信延迟、不确定性以及环境复杂性等因素,协同驾驶的车队模型预测控制算法还存在很多难点与挑战。本文将对车队协同驾驶的车队模型预测控制算法进行研究,得出一种车队协同驾驶的车队模型预测控制算法。关键词:协同驾驶模型预测控制算法Research on Vehicle Model Predictive Control for Fleet Cooperative DrivingFeng Wanqiang,Luo Chagen,Zhang Zhouping,Chen Zhiwei,Tu PeipeiAbstract:With the continuous developmen
5、t of science and technology,autonomous driving technology has become a research hotspot in the current automotive industry.Among them,cooperative driving,as an important branch of autonomous driving,aims to realize information sharing and cooperative control among multiple vehicles to reduce energy
6、consumption,improve road utilization and driving safety.However,due to factors such as communication delay,uncertainty and environmental complexity between vehicles,there are still many difficulties and challenges in the predictive control algorithm of the fleet model for cooperative driving.In this
7、 paper,the fleet model predictive control algorithm for fleet cooperative driving is studied,and a fleet model predictive control algorithm for fleet cooperative driving is obtained.Key words:cooperative driving,model prediction,control algorithm车队协同驾驶的车辆模型预测控制研究8 AUTO TIMEFRONTIER DISCUSSION|前沿探讨常见
8、的车队通信拓扑结构如下:(1)前车跟随式:每辆车只接收前面一辆车的信息;(2)前车-首车跟随式:每辆车接收前面一辆车和首车的信息;(3)双向跟随式:每辆车接收前车和后车的信息;(4)双向-首车跟随式:每辆车接收前车、后车和首车的信息;(5)双前车跟随式:每辆车接收前面两辆车的信息;(6)双前车-首车跟随式:每辆车接收前面两辆车和首车的信息以上车队通信拓扑结构中,前车-首车跟随式在保证系统稳定性和安全性的同时有利于控制器的设计,故本文采用前车-首车跟随模式。车队运动学模型设置为在高速公路直道上从左至右同向行驶,第一辆车为领航首车,后车与前车期望间距为 10 米,车队中包含首车一共有 5 台车。根
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