CN111746538B - 一种严格避撞的车辆队列跟驰控制方法和控制系统 - Google Patents

一种严格避撞的车辆队列跟驰控制方法和控制系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种严格避撞的车辆队列跟驰控制方法和控制系统，该控制方法包括：步骤1，获取车辆队列中前方车辆的第一行驶信息、自身车辆的第二行驶信息以及自身车辆与前方车辆之间的车间距测量值；步骤2，根据车辆执行器的饱和特性信号参数和车辆不确定动力学模型，构建车辆控制器的动力学计算模型；步骤3，根据第一行驶信息、第二行驶信息和车间距测量值，利用动力学计算模型，计算自身车辆的车辆控制器的控制力输出值，其中，控制力输出值用于控制自身车辆跟随前方车辆行驶。通过本申请中的技术方案，结合车辆的复杂不确定性以及执行器的饱和特性，构建非线性车辆动力学模型，优化车辆队列的跟驰控制，提高车辆队列的避碰性能。

Description

一种严格避撞的车辆队列跟驰控制方法和控制系统
技术领域
本申请涉及自动驾驶的技术领域，具体而言，涉及一种严格避撞的车辆队列跟驰控制方法以及一种严格避撞的车辆队列跟驰控制系统。
背景技术
车辆队列行驶技术是指将同一车道的邻近车辆进行编队，根据编队中其他车辆信息自动调整该车辆的运动状态，最终达到一致的行驶速度和期望的空间构型。队列行驶可以显著减缓交通拥堵、改善交通效率、提高驾驶安全性和改进燃油经济性。
车车通信技术、智能控制技术是实现车辆编队行驶的核心技术。新兴通信技术的发展，如DSRC(专用短程通信技术)、5G等，为车辆队列提供了高宽带、低延时的无线通信方案。借助这些无线通信方案，队列中的车辆能获取更多车队中其他车辆的信息，来优化该车的控制器设计。
而现有技术中，大多数车队的控制方法旨在保证每辆车的局部稳定性以及队列稳定性，即跟车误差不向车队后方扩大的性质。但是，并未考虑车队系统中单辆汽车行驶过程中的瞬态性能，如超调现象，使得单车的局部稳定性以及队列稳定性并不能完全保证队列避撞，尤其是在实际车辆动力学模型中存在复杂不确定性以及实际车辆执行器存在饱和特性的情况下，队列系统的瞬态性能会被恶化。
另外，现有的控制方法，依赖于车辆间的复杂通信拓扑关系，不可避免的会引入通信时延、数据丢包、通信拓扑切换等不利现象。
发明内容
本申请的目的在于：结合车辆的复杂不确定性以及执行器的饱和特性，构建非线性车辆动力学模型，优化车辆队列的跟驰控制，提高车辆队列的避碰性能。
本申请第一方面的技术方案是：提供了一种严格避撞的车辆队列跟驰控制方法，方法适用于车辆队列中头车后方多辆车辆的跟驰，方法包括：步骤1，获取车辆队列中前方车辆的第一行驶信息、自身车辆的第二行驶信息以及自身车辆与前方车辆之间的车间距测量值；步骤2，根据车辆执行器的饱和特性信号参数和车辆不确定动力学模型，构建车辆控制器的动力学计算模型，其中，饱和特性信号参数的计算公式为：
Figure BDA0002566436550000021
式中，i为车辆队列中跟随车辆的编号，φi为饱和特性信号参数，
Figure BDA0002566436550000022
为饱和特性信号参数的导数，
Figure BDA0002566436550000023
为可调参数，hi为车头时距，Di为第i辆跟随车辆的名义质量的倒数，σi为第i辆跟随车辆的车辆执行器的名义延迟的倒数，fi(ei)为车间距误差ei的双射函数表达式，sat(·)为车辆执行器的输入值，uii为车辆控制器的控制力输出值；
步骤3，根据第一行驶信息、第二行驶信息和车间距测量值，利用动力学计算模型，计算自身车辆的车辆控制器的控制力输出值，其中，控制力输出值用于控制自身车辆跟随前方车辆行驶。
上述任一项技术方案中，进一步的，步骤2中，具体包括：步骤21，根据车辆行驶的位移和车身长度，计算车辆队列中两辆相邻车辆间的车间距误差的计算值；步骤22，利用双射函数和车间距误差范围的取值，将车间距误差的计算值转换为状态函数，状态函数的计算公式为：
Figure BDA0002566436550000024
式中，ei第i辆跟随车辆与第i-1辆跟随车辆间的车间距误差的计算值，ei∈[eim，eiM]，zi为状态函数；
步骤23，根据车辆不确定动力学模型和状态函数，计算状态函数的二阶动力学方程，并根据饱和特性信号参数，对二阶动力学方程进行变换，其中，变换后的二阶动力学方程的计算公式为：
Figure BDA0002566436550000031
Figure BDA0002566436550000032
式中，ΔDi和Δσi为中间参数，
Figure BDA0002566436550000033
为第i辆跟随车辆的名义质量，ΔMi为名义质量对应的时变不确定质量，
Figure BDA0002566436550000034
为第i辆跟随车辆的车辆执行器的名义延迟，Δτi为名义延迟对应的时变不确定延迟，Λi为车辆不确定动力学模型中不确定动力学部分，vi为第i辆跟随车辆的速度，ai为第i辆跟随车辆的加速度，vi-1为第i-1辆跟随车辆的速度，ai-1为第i-1辆跟随车辆的加速度，
Figure BDA0002566436550000035
为第i辆跟随车辆的名义风阻系数，
Figure BDA0002566436550000036
为第i辆跟随车辆的名义行驶阻力；
步骤24，根据变换后的二阶动力学方程，构建动力学计算模型，动力学计算模型用于计算车辆控制器的控制力输出值，其中，控制力输出值的计算公式为：
uii(t)＝pi1+pi3
Figure BDA0002566436550000037
Figure BDA0002566436550000038
Figure BDA0002566436550000039
Figure BDA00025664365500000310
Figure BDA00025664365500000311
Figure BDA0002566436550000041
式中，zi为状态函数的动力学方程，
Figure BDA0002566436550000042
为状态函数的一阶导数，
Figure BDA0002566436550000043
为任一已知函数，εi为预设常数，εi的取值大于零，
Figure BDA0002566436550000044
为估计参数，
Figure BDA0002566436550000045
Figure BDA0002566436550000046
为估计参数
Figure BDA0002566436550000047
的一阶导数，k1i、k2i为预设控制参数，
Figure BDA0002566436550000048
为第i辆跟随车辆的约束跟随误差修订值，ξi为第i辆跟随车辆的设定常数。
上述任一项技术方案中，进一步的，步骤2中还包括：根据变换后的二阶动力学方程和约束跟随误差修订值
Figure BDA0002566436550000049
计算控制力输出值的输出修订值，输出修订值pi2的计算公式为：
Figure BDA00025664365500000410
式中，κi为修订常数，其取值大于零；
根据输出修订值pi2，计算输出修订值pi2与控制力输出值的和值，修订控制力输出值。
上述任一项技术方案中，进一步的，步骤2中，车辆不确定动力学模型的计算公式为：
Figure BDA00025664365500000411
Figure BDA00025664365500000412
Figure BDA00025664365500000413
Figure BDA00025664365500000414
式中，xi为第i辆跟随车辆的位移，
Figure BDA00025664365500000415
为中间参数ΔDi的一阶导数，Δci为名义风阻系数
Figure BDA00025664365500000416
对应的时变不确定风阻系数，
Figure BDA00025664365500000417
为时变不确定风阻系数Δci的一阶导数，ΔFi为名义行驶阻力
Figure BDA00025664365500000418
对应的时变不确定行驶阻力，
Figure BDA00025664365500000419
为时变不确定行驶阻力ΔFi的一阶导数。
上述任一项技术方案中，进一步的，第一行驶信息和第二行驶信息均包括车辆的位移、速度、加速度。
本申请第二方面的技术方案是提供一种严格避撞的车辆队列跟驰控制系统，该控制系统包括传感器单元和数据传输单元，传感器单元用于检测车辆行驶过程中的速度、加速度，记作行驶信息，数据传输单元用于将行驶信息发送至后方相邻车辆，并接收前方相邻车辆发送的行驶信息，传感器单元还用于测量与前方相邻车辆之间的车间距测量值，
控制系统还包括控制模块，控制模块连接于车辆控制器，控制模块用于根据如第一方面技术方案中任一项的严格避撞的车辆队列跟驰控制方法，计算车辆控制器的控制力输出值，其中，控制力输出值用于控制车辆跟随行驶。
本申请的有益效果是：
本申请中的技术方案，通过设置饱和特性信号参数，并结合车辆不确定动力学模型，构建车辆控制器的非线性动力学计算模型，将车辆的复杂不确定性以及执行器的饱和特性引入该动力学计算模型，提高了车辆队列跟驰控制方法的准确性，使得车辆跟驰时，能够严格避碰。
并且，采用本申请中技术方案所涉及的非线性动力学计算模型进行跟驰控制时，不需要建立复杂的通信拓扑关系，只需要车队中前方车辆和自身车辆的速度、加速度以及两者的车间距测量值，便可完成跟驰控制，而这些信息可以通过车载传感器获取并进行数据传输，减轻了通信负担，同时减小了通信时延、丢包等对跟驰控制性能的影响。
附图说明
本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请的一个实施例的严格避撞的车辆队列跟驰控制方法的示意流程图；
图2是根据本申请的一个实施例的车间距计算的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供了一种严格避撞的车辆队列跟驰控制方法，该方法适用于车辆队列中头车后方多辆车辆的跟驰，方法包括：
步骤1，获取车辆队列中前方车辆的第一行驶信息、自身车辆的第二行驶信息以及自身车辆与前方车辆之间的车间距测量值，其中，第一行驶信息和第二行驶信息均包括车辆的速度、加速度。
需要说明的是，本实施例中的车间距测量值用于计算车辆控制器的控制力输出值，车间距误差的计算值用于将前车和自身车辆的位移、速度、加速度与自身车辆的动力学计算模型进行关联，得到车辆控制动力学计算模型，以便于基于这个车辆控制动力学计算模型设计控制器。
具体的，车辆队列中的每一辆车上都配置有道路地图、GPS(全球定位系统)、惯导设备、自主式传感器、车车通信设备，以便于在车辆行驶过程中，对车辆的行驶信息进行采集，采集的行驶信息包括速度、加速度。
本实施例中车辆队列的头车，采用常规的自动驾驶方法或者由驾驶员进行驾驶，本实施例中的跟驰控制方法仅针对车辆队列中头车后面的车辆进行控制，队列中的每辆车结合自车状态以及通过车车通信获取的前车状态，来调整自身车辆的控制力输入，以实现单车局部稳定性、队列稳定性以及队列的完全避撞。
为了便于说明，将车辆队列中前一车辆的行驶信息记作第一行驶信息，将自身车辆的行驶信息记作第二行驶信息。
步骤2，根据车辆执行器的饱和特性信号参数和车辆不确定动力学模型，构建车辆控制器的动力学计算模型，以便于根据该计算模型，根据上述过程检测到的行驶信息，计算车辆控制器的控制力输出值，实现车辆队列的跟驰控制，其中，车辆不确定动力学模型的计算公式为：
Figure BDA0002566436550000071
Figure BDA0002566436550000072
Figure BDA0002566436550000073
Figure BDA0002566436550000074
式中，xi为第i辆跟随车辆的位移，
Figure BDA0002566436550000075
为中间参数ΔDi的一阶导数，Δci为名义风阻系数
Figure BDA0002566436550000076
对应的时变不确定风阻系数，
Figure BDA0002566436550000077
为所述时变不确定风阻系数Δci的一阶导数，ΔFi为名义行驶阻力
Figure BDA0002566436550000078
对应的时变不确定行驶阻力，
Figure BDA0002566436550000079
为所述时变不确定行驶阻力ΔFi的一阶导数。
本实施例中的时变不确定量包括：时变不确定质量ΔMi、Δτi时变不确定延迟、时变不确定风阻系数Δci、时变不确定行驶阻力。以时变不确定质量ΔMi为例，对时变不确定量进行说明。
对于第i辆车辆来说，很容易直接测得该车辆的名义质量
Figure BDA00025664365500000710
但是在车辆的行驶过程中，由于货物或者乘客增减、燃料消耗等不确定因素，该车辆的实际质量会发生变化，而这个变化的量是未知的。所以，用车辆的名义质量
Figure BDA00025664365500000711
加上不确定量(时变不确定质量ΔMi)的形式，来表示该车辆的实际质量Mi：
Figure BDA00025664365500000712
以便于对车辆不确定动力学模型进行描述。
本实施例中示出一种构建车辆控制器的动力学计算模型的具体方式，步骤2中具体包括：
步骤21，根据车辆行驶的位移和车身长度，计算车辆队列中两辆相邻车辆间的车间距误差的计算值；
具体的，如图2所示，设定自身车辆的编号为i，则前方车辆的编号为i-1，对于车辆队列中的每一辆车而言，其车身长度为已知数据，因此，相邻车辆的车间距di的计算值为：
di＝xi-1-xi-li-1,
式中，xi和xi-1分别为第i辆和第i-1辆车的位移，li-1为第i-1辆车的车身长度。
为了计算车间距误差的计算值，将车辆的位移、速度、加速度与车辆控制器的动力学计算模型进行关联，设定期望间距di,d，本实施例中的期望间距di,d计算公式为：
di,d＝hivi+dc,
式中，hi为车头时距，其取值范围为[0.5，1.5]，dc为间距参数，表示车辆停止时与前车的最小间距，通常设置为5米。因此，本实施例中车间距误差的计算值ei为：
ei＝di-di,d＝xi-1-xi-li-1-hivi-dc.
为了避免车队中车辆碰撞，设定车间距di的取值范围：
Figure BDA0002566436550000081
式中，dM为最大车间距，因此车间距误差ei的取值范围为[ei,m,ei,M]，其中，ei,m＝-di,d,ei,M＝dM-di,d。
所以，如果车间距误差ei始终在[ei,m,ei,M]的范围内，那么车辆队列具备严格避撞的性质。因此，采用一个连续可导的双射函数f(·):[ei,m,ei,M]→R，对有界的车间距误差进行转换。
步骤22，利用双射函数和车间距误差范围的取值，将车间距误差的计算值转换为状态函数，状态函数的计算公式为：
Figure BDA0002566436550000082
式中，ei第i辆跟随车辆与第i-1辆跟随车辆间的车间距误差的计算值，ei∈[eim，eiM]，zi为状态函数。
本实施例中转换后的状态函数满足以下条件：
Figure BDA0002566436550000091
对任意的ei∈[ei,m,ei,M]有
Figure BDA0002566436550000092
同时，在区间[ei,m,ei,M]上二阶连续可导。
步骤23，根据车辆不确定动力学模型和状态函数，计算状态函数的二阶动力学方程，并根据饱和特性信号参数，对二阶动力学方程进行变换，其中，饱和特性信号参数的计算公式为：
Figure BDA0002566436550000093
式中，i为车辆队列中跟随车辆的编号，φi为饱和特性信号参数，
Figure BDA0002566436550000094
为饱和特性信号参数的导数，
Figure BDA0002566436550000095
为可调参数，
Figure BDA0002566436550000096
为一个大于0的常数，hi为车头时距，Di为第i辆跟随车辆的名义质量的倒数，σi为第i辆跟随车辆的车辆执行器的名义延迟的倒数，fi(ei)为车间距误差的计算值ei的双射函数表达式，sat(uii)为车辆执行器的输入值，uii为车辆控制器的控制力输出值；
具体的，由于车辆执行器的执行能力有限，对应着最大驱动力和最小制动力(符号为负)，因此，车辆执行器的输入值sat(uii)的计算公式为：
Figure BDA0002566436550000097
式中，uiM为最大驱动力，uim为最小制动力。
本实施例中
Figure BDA0002566436550000098
为zi的二阶导数，zi的一阶导数为
Figure BDA0002566436550000099
本实施例中，结合饱和特性信号参数，变换后的二阶动力学方程的计算公式为：
Figure BDA0002566436550000101
Figure BDA0002566436550000102
式中，ΔDi和Δσi为中间参数，
Figure BDA0002566436550000103
为第i辆跟随车辆的名义质量，ΔMi为名义质量对应的时变不确定质量，
Figure BDA0002566436550000104
为第i辆跟随车辆的车辆执行器的名义延迟，Δτi为名义延迟对应的时变不确定延迟，Λi为所述车辆不确定动力学模型中不确定动力学部分，vi为第i辆跟随车辆的速度，ai为第i辆跟随车辆的加速度，vi-1为第i-1辆跟随车辆的速度，ai-1为第i-1辆跟随车辆的加速度，
Figure BDA0002566436550000105
为第i辆跟随车辆的名义风阻系数，
Figure BDA0002566436550000106
为第i辆跟随车辆的名义行驶阻力；
本实施例中，采用约束跟随控制的思想，以控制状态函数zi满足设定的约束条件，通过约束条件来保证状态函数zi趋于0，进而使得车间距误差的计算值ei趋于0。
因此，引入约束跟随误差βi，使得：
Figure BDA0002566436550000107
Figure BDA0002566436550000108
式中，ξi为第i辆跟随车辆的设定常数。
进而通过控制约束跟随误差βi和
Figure BDA0002566436550000109
使其趋近于0，则zi、
Figure BDA00025664365500001010
都趋近于0，便可实现对车间距误差的计算值ei的控制。
同时考虑到，当车辆中的执行器发生饱和现象时，车辆队列中的跟随误差将会增大，即约束跟随误差βi增大。
因为饱和特性信号参数φi随约束跟随误差βi的增大而增大，所以通过引入饱和特性信号参数φi，对约束跟随误差βi进行修订：
Figure BDA0002566436550000111
以保证约束跟随误差
Figure BDA0002566436550000112
的数值保持在较小的范围，控制器输出的控制力就不会特别大，可以减小控制力饱和的现象。
通过设置饱和特性信号参数φi，将实际车辆执行器存在的饱和特征引入二阶动力学方程，以减小执行器饱和特性对系统瞬态性能的恶化，提高本实施例中跟驰控制的可靠性。
步骤24，根据变换后的二阶动力学方程，构建动力学计算模型，动力学计算模型用于计算车辆控制器的控制力输出值，其中，控制力输出值的计算公式为：
uii(t)＝pi1+pi3
Figure BDA0002566436550000113
Figure BDA0002566436550000114
Figure BDA0002566436550000115
Figure BDA0002566436550000116
Figure BDA0002566436550000117
Figure BDA0002566436550000118
式中，zi为状态函数，
Figure BDA0002566436550000119
为状态函数的一阶导数，
Figure BDA00025664365500001110
为任一已知函数，εi为预设常数，εi的取值大于零，
Figure BDA00025664365500001111
为估计参数，
Figure BDA00025664365500001112
Figure BDA00025664365500001113
为估计参数
Figure BDA00025664365500001114
的一阶导数，k1i、k2i为预设控制参数，
Figure BDA00025664365500001115
为第i辆跟随车辆的约束跟随误差修订值，ξi为第i辆跟随车辆的设定常数。
具体的，将计算车辆控制器的控制力输出值分为两个部分，一部分可用于控制不包含不确定性部分的车辆名义动力学，一部分用于处理不确定性部分。
通过对变换后的二阶动力学方程进行分析，名义动力学部分对应的变换后的二阶动力学方程为：
Figure BDA0002566436550000121
该部分对应的车辆控制器的控制力输出值为确定性控制力pi1，由确定性控制力pi1提供系统跟随约束需要的控制力，该部分控制力能保证系统始终跟随约束。对于不确定性部分，考虑实际车辆系统，有如下条件成立：
条件1：对于车辆行驶过程中，任意的(vi,ai,t)∈R×R×R，存在两个常数
Figure BDA0002566436550000122
和
Figure BDA0002566436550000123
使得
Figure BDA0002566436550000124
和
Figure BDA0002566436550000125
成立，其中，
Figure BDA0002566436550000126
Figure BDA0002566436550000127
条件2：对任意的(ei,vi,ai,vi-1,ai-1,t)∈R×R×R，存在一个估计参数αi，αi∈(0,+∞)k，以及一个已知函数
Figure BDA0002566436550000128
使得下述公式成立：
Figure BDA0002566436550000129
条件3：对于任意时刻，φi为有界，且其边界可描述为：
Figure BDA00025664365500001210
式中，Ξi为一个大于0的常数。
因此，变换后的二阶动力学方程中不确定性部分对应的车辆控制器的控制力输出值pi3为：
Figure BDA0002566436550000131
控制力输出值uii(t)＝pi1+pi3。
综上所述，通过上述过程，可实现对引入车辆复杂不确定性以及执行器的饱和特性后的车辆队列的跟驰控制。
进一步的，为了提高本实施例中跟驰控制方法的可靠性，在偏离约束时将系统约束跟随误差调节到零，步骤2中还包括：
根据变换后的二阶动力学方程和约束跟随误差修订值
Figure BDA0002566436550000132
计算控制力输出值的输出修订值，输出修订值pi2的计算公式为：
Figure BDA0002566436550000133
式中，κi为修订常数，其取值大于零；
根据输出修订值pi2，计算输出修订值pi2与控制力输出值的和值，修订控制力输出值。
步骤3，根据第一行驶信息、第二行驶信息和车间距测量值，利用动力学计算模型，计算自身车辆的车辆控制器的控制力输出值，其中，控制力输出值用于控制自身车辆跟随前方车辆行驶。
具体的，自身车辆(第i辆跟随车)可以根据测量到的车间距测量值，自车的第二行驶信息，结合自身车辆接收到前方车辆(第i-1辆跟随车辆)的第一行驶信息，带入控制力的计算公式，得到自身车辆控制器的输出值，完成车辆队列的跟驰。
实施例二：
在上述实施例一的基础上，实施例二提供了一种严格避撞的车辆队列跟驰控制系统，该控制系统包括传感器单元和数据传输单元，传感器单元用于检测车辆行驶过程中的速度、加速度，记作行驶信息，数据传输单元用于将行驶信息发送至后方相邻车辆，并接收前方相邻车辆发送的行驶信息，传感器单元还用于测量与前方相邻车辆之间的车间距测量值。
控制系统还包括控制模块，控制模块连接于车辆控制器，控制模块用于根据上述实施例一中的严格避撞的车辆队列跟驰控制方法，计算车辆控制器的控制力输出值，其中，控制力输出值用于控制车辆跟随行驶。
以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种严格避撞的车辆队列跟驰控制方法和控制系统，该控制方法包括：步骤1，获取车辆队列中前方车辆的第一行驶信息、自身车辆的第二行驶信息以及自身车辆与前方车辆之间的车间距测量值；步骤2，根据车辆执行器的饱和特性信号参数和车辆不确定动力学模型，构建车辆控制器的动力学计算模型；步骤3，根据第一行驶信息、第二行驶信息和车间距测量值，利用动力学计算模型，计算自身车辆的车辆控制器的控制力输出值，其中，控制力输出值用于控制自身车辆跟随前方车辆行驶。通过本申请中的技术方案，结合车辆的复杂不确定性以及执行器的饱和特性，构建非线性车辆动力学模型，优化车辆队列的跟驰控制，提高车辆队列的避碰性能。
本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。
本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。
尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (6)

1.一种严格避撞的车辆队列跟驰控制方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，获取车辆队列中前方车辆的第一行驶信息、自身车辆的第二行驶信息以及所述自身车辆与所述前方车辆之间的车间距测量值；
步骤2，根据车辆执行器的饱和特性信号参数和车辆不确定动力学模型，构建车辆控制器的动力学计算模型，其中，所述饱和特性信号参数的计算公式为：
Figure FDA0003175767290000011
式中，i为所述车辆队列中跟随车辆的编号，φi为所述饱和特性信号参数，
Figure FDA0003175767290000012
为所述饱和特性信号参数的导数，
Figure FDA0003175767290000013
为可调参数，hi为车头时距，Di为第i辆跟随车辆的名义质量的倒数，σi为第i辆跟随车辆的车辆执行器的名义延迟的倒数，fi(ei)为车间距误差ei的双射函数表达式，sat(·)为所述车辆执行器的输入值，uii为所述车辆控制器的控制力输出值；
步骤3，根据所述第一行驶信息、所述第二行驶信息和所述车间距测量值，利用所述动力学计算模型，计算所述自身车辆的车辆控制器的控制力输出值，其中，所述控制力输出值用于控制所述自身车辆跟随所述前方车辆行驶。
2.如权利要求1所述的严格避撞的车辆队列跟驰控制方法，其特征在于，步骤2中，具体包括：
步骤21，根据车辆行驶的位移和车身长度，计算所述车辆队列中两辆相邻车辆间的车间距误差的计算值；
步骤22，利用双射函数和车间距误差范围的取值，将所述车间距误差的计算值转换为状态函数，所述状态函数的计算公式为：
Figure FDA0003175767290000014
式中，ei第i辆跟随车辆与第i-1辆跟随车辆间的车间距误差的计算值，ei∈[ei,m，ei,M]，zi为所述状态函数；
步骤23，根据所述车辆不确定动力学模型和所述状态函数，计算所述状态函数的二阶动力学方程，并根据所述饱和特性信号参数，对所述二阶动力学方程进行变换，其中，变换后的二阶动力学方程的计算公式为：
Figure FDA0003175767290000021
Figure FDA0003175767290000022
Figure FDA0003175767290000023
Figure FDA0003175767290000024
式中，ΔDi和Δσi为中间参数，
Figure FDA0003175767290000025
为第i辆跟随车辆的名义质量，ΔMi为所述名义质量对应的时变不确定质量，
Figure FDA0003175767290000026
为第i辆跟随车辆的车辆执行器的名义延迟，Δτi为所述名义延迟对应的时变不确定延迟，Λi为所述车辆不确定动力学模型中不确定动力学部分，vi为第i辆跟随车辆的速度，ai为第i辆跟随车辆的加速度，vi-1为第i-1辆跟随车辆的速度，ai-1为第i-1辆跟随车辆的加速度，
Figure FDA0003175767290000027
为第i辆跟随车辆的名义风阻系数，
Figure FDA0003175767290000028
为第i辆跟随车辆的名义行驶阻力；
步骤24，根据所述变换后的二阶动力学方程，构建所述动力学计算模型，所述动力学计算模型用于计算所述车辆控制器的控制力输出值，其中，所述控制力输出值的计算公式为：
uii(t)＝pi1+pi3
Figure FDA0003175767290000029
Figure FDA00031757672900000210
Figure FDA00031757672900000211
Figure FDA00031757672900000212
Figure FDA00031757672900000213
Figure FDA00031757672900000214
式中，pi1为确定性控制力，pi3为不确定性部分对应的车辆控制器的控制力输出值，zi为所述状态函数，
Figure FDA0003175767290000031
为所述状态函数的一阶导数，
Figure FDA0003175767290000032
为任一已知函数，εi为预设常数，εi的取值大于零，
Figure FDA0003175767290000033
为估计参数，
Figure FDA0003175767290000034
Figure FDA0003175767290000035
为所述估计参数
Figure FDA0003175767290000036
的一阶导数，k1i、k2i为预设控制参数，
Figure FDA0003175767290000037
为第i辆跟随车辆的约束跟随误差修订值，ξi为第i辆跟随车辆的设定常数。
3.如权利要求2所述的严格避撞的车辆队列跟驰控制方法，其特征在于，所述步骤2中还包括：
根据所述变换后的二阶动力学方程和所述约束跟随误差修订值
Figure FDA0003175767290000038
计算所述控制力输出值的输出修订值，所述输出修订值pi2的计算公式为：
Figure FDA0003175767290000039
式中，κi为修订常数，其取值大于零；
根据所述输出修订值pi2，计算所述输出修订值pi2与所述控制力输出值的和值，修订所述控制力输出值。
4.如权利要求2所述的严格避撞的车辆队列跟驰控制方法，其特征在于，所述步骤2中，所述车辆不确定动力学模型的计算公式为：
Figure FDA00031757672900000310
Figure FDA00031757672900000311
Figure FDA00031757672900000312
Figure FDA00031757672900000313
式中，xi为第i辆跟随车辆的位移，
Figure FDA00031757672900000314
为中间参数ΔDi的一阶导数，Δci为名义风阻系数
Figure FDA00031757672900000318
对应的时变不确定风阻系数，
Figure FDA00031757672900000315
为所述时变不确定风阻系数Δci的一阶导数，ΔFi为名义行驶阻力
Figure FDA00031757672900000316
对应的时变不确定行驶阻力，
Figure FDA00031757672900000317
为所述时变不确定行驶阻力ΔFi的一阶导数。
5.如权利要求1至4中任一项所述的严格避撞的车辆队列跟驰控制方法，其特征在于，所述第一行驶信息和所述第二行驶信息均包括车辆的位移、速度、加速度。
6.一种严格避撞的车辆队列跟驰控制系统，其特征在于，所述控制系统包括传感器单元和数据传输单元，所述传感器单元用于检测车辆行驶过程中的位移、速度、加速度，记作行驶信息，所述数据传输单元用于将所述行驶信息发送至后方相邻车辆，并接收前方相邻车辆发送的所述行驶信息，所述传感器单元还用于测量与前方相邻车辆之间的车间距测量值，
所述控制系统还包括控制模块，所述控制模块连接于车辆控制器，所述控制模块用于根据如权利要求1至5中任一项所述的严格避撞的车辆队列跟驰控制方法，计算所述车辆控制器的控制力输出值，其中，所述控制力输出值用于控制车辆跟随行驶。
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