CN114802241A - 一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制方法及系统，包括基于动力总成峰值输出功率和车辆状态的队列最高行驶车速控制。基于动力总成峰值输出扭矩和车辆状态的队列最高行驶加速度控制。基于制动系统性能差异和车辆状态的异质车辆制动压力控制。基于异质车辆横摆、侧倾稳定性差异和道路曲率的转向动态车速控制。基于上述控制，对前车行驶动态性能进行限制，后车将根据前车控制指令对自车驱动、制动、转向系统进行控制，并根据路况信息和车辆间距做出实时调整。本发明解决了前期车辆列队跟驰技术需为同质车辆的局限性，同时依据车辆状态和系统性能对异质车辆进行协调，保障了异质车辆跟驰过程中的队列一致性、行车安全性和转弯稳定性。

Description

一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制方法及系统

技术领域

本发明涉及智能汽车多车列队控制领域，尤其涉及一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制方法及系统。

背景技术

在智能网联汽车领域，当多辆汽车行驶的目的地一致时，可实施列队跟驰中第一辆车(头车)可为人工驾驶或自动驾驶模式，自第二辆车之后均为自动驾驶模式，通过感知技术以及网联通信技术获取并传递各车辆的地理位置信息以及运动信息，实现队内车辆在安全距离内以列队状态行驶。有秩序的行驶队列不用考虑驾驶员反应时间，可缩短跟车距离，提升通行效率。不存在因商用车体型庞大导致的驾驶员视线阻碍问题，减少突发事故，同时降低驾驶员劳动强度的同时节省大量人力资源。多车列队跟驰可极大降低跟随车辆在行驶过程中的行驶空气阻力，做到节能减排。

鉴于现有技术的局限性，针对队列控制的研究，大多假设队列里面的车辆具有同质属性，即针对同种车辆进行列队控制，且认为车辆行驶状态相同。然而实际情况下，队列车辆具有明显的异质属性，体现在：轿车、卡车、大客车等不同车型，也包括燃油车、纯电动、混合动力等不同动力结构，具有不同的制动系统、转向机构、悬置防侧倾机构等，且存在随质量变动和道路坡度变化带来的时变因素，若仅考虑同质车辆队列，势必导致系统的建模与控制方法无法反应实际情况下队列呈现的异质系统特性。其各功能总成的性能差异，导致后车对于前车行驶指令的响应程度无法统一，例如前、后车质量或动力系统性能差别会导致加速响应不一致，导致跟驰距离不协调，易混入其他车辆；前、后车质量或制动系统性能差别会导致制动响应不一致，跟驰距离且影响舒适性，或发生追尾现象；车辆结构或转向能力的差别会使得车辆横向稳定性能不同，会导致性能较差的后车出现侧倾、甩尾或侧滑的发生。异质车辆列队跟驰过程中的性能不一致易导致一系列安全性问题，且影响后车的操稳性与舒适性。

因此，现在亟需一种针对异质车辆多车跟驰的多维度协同控制方法及系统，使得目标终点相同的异质车辆可以协调、平稳、有序地跟驰行驶。

为了方便对本发明的内容进行描述，首先需要对一些概念进行说明。异质车辆为动力、制动、转向或车辆参数存在明显差别的一组列队车辆。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制方法及系统来改良现有技术的上述缺陷。为实现上述目的，该方法主要包括如下步骤：

S1：基于动力总成峰值输出功率和车辆状态的队列最高行驶车速控制。

S2：基于动力总成峰值输出扭矩和车辆状态的队列最高行驶加速度控制。

S3：基于制动系统性能差异和车辆状态的异质车辆制动压力控制。

S4：基于异质车辆横摆、侧倾稳定性差异和道路曲率的转向动态车速控制。

S5：基于上述调整，对前车行驶动态性能进行限制，后车将根据前车控制指令对自车驱动、制动、转向系统进行控制，并根据路况信息和车辆间距做出实时调整。

优选的，根据动力系统性能差异对列队车辆最高车速进行限制：因异质车辆的动力总成不同使得不同车辆的最高车速不一致，若前车最高车速较大且不加限制，则会导致后车无法跟随前车，行车间距逐渐拉大，易混入其他社会车辆，破坏队列的协调性和一致性，则需根据异质车辆的动力性能和相关参数对最高车速进行标定。假设有n辆异质车辆进行列队跟驰，可根据下式限定最大行驶车速u_{t max}：

其中，n为队列中异质车辆编号；P_{n e}为异质车辆的峰值功率；m_n为异质车辆的载荷；G_n＝m_ng，其中g为重力加速度；i_n为行驶坡度，行驶于同路段，假设一致；f_n为滚动阻力系数，行驶于同路段，假设一致；η_nT为异质车辆的传动系统机械效率；A_n为异质车辆迎风面积；C_{n D}为空气阻力系数，后车风阻较小，可设置相关系数降低权重；u_n为当前车速；δ_n为异质车辆旋转质量转换系数。其含义为：特定工况时，取队列中最高行驶速度最小的车辆速度为队列速度极值。

根据队列速度极值，限制队列中异质车辆动力系统的转速范围，避免行驶车速超出极值。

其中，n为队列中异质车辆编号；n_{n max}为异质车辆动力系统转速限值；i_{n g}为异质车辆的变速器传动比；i_{n 0}为异质车辆的主减速器传动比；r_n为异质车辆驱动轮的滚动半径；κ为稳定裕度系数，以保障正常行驶，避免速度波动，可取为1～1.05。

优选的，根据动力系统性能差异对列队车辆最大加速度进行限制：因异质车辆的动力总成差异使得队列异质车辆的加速能力有所不同，若列队中车辆的加速度不加限制，将导致队列速度一致性较差或车辆间距波动的问题，甚至发生后车无法跟随前车的情况，则需根据异质车辆动力系统峰值扭矩和车辆状态参数对队列异质车辆的最大加速度a_{t max}进行限制。

其中，n为队列中异质车辆编号；T_{n tq}为异质车辆的峰值扭矩；α_n为异质车辆行驶路段坡道角；du_n/dt为异质车辆的最大加速度；其余参数含义同上。其含义为：特定工况时，取队列中加速性能最弱的车辆加速度为队列加速度极值。

根据队列加速度极值，限制队列中异质车辆动力系统节气门开度范围(油车)或电机控制器输出电压的范围(电动汽车)，避免部分车辆加速度过高，导致后车无法跟随。根据下式计算动力输出系数。

其中，n为队列中异质车辆编号；

为稳定裕度系数，以保障正常扭矩要求，避免加速度不足，可取为1～1.05；θ_n为异质车辆动力输出系数(0～1)，可根据动力输出系数计算节气门开度范围(油车)或电机控制器输出电压范围(电动汽车)，

U_{n N}＝θ_nU_{n max}

其中，U_{n N}为异质车辆动力系统节气门开度范围(燃油车)或电机控制器输出电压的范围(电动汽车)的极限值；U_{n max}为节气门原始最大开度(燃油车)或电机控制器峰值输出电压。

优选的，根据制动系统性能差异和车辆状态的制动力限制与分配：因异质车辆制动系统性能差异或车辆状态的不同，导致异质车辆制动时的减速度或舒适度差别较大，极端制动条件下需考虑个别车辆的制动抱死情况，则在保障行车距离、避免制动侧滑、甩尾现象等制动安全性的前提下，考虑制动舒适性。

当危险情况发生，需要紧急制动时，理论上最大制动强度可等于路面附着系数，即

可保障整车的最大制动效能。当非紧急情况时，应对制动加速度进行限制，满足异质车辆载货、载客不同功能的舒适平稳性。通常不应使制动减速度大于1.5-2.5m/s²，否则不仅会使乘客感到不舒服或发生危险、造成货物不安全，而且还会增加燃料的消耗和轮胎的磨损。为此，确定不同情况下的制动强度

其中，z_t为队列目标制动强度；d_n为异质车辆对舒适度要求的制动减速度限值。根据制动强度，完成异质车辆前、后轮制动力F_nμ1和F_nμ2的准确分配：

其中，a_n为异质车辆质心至前轴中心线的距离；b_n为异质车辆质心至后轴中心线的距离；z_t为异质车辆队列制动强度；h_{n g}为异质车辆质心高度；L_n为异质车辆轴距；其余参数含义参考上文。但当部分车轮制动轮缸压力不足以满足理想制动强度要求时，需根据上式调整单车的制动强度、制动力分配以及队列的制动减速度，避免部分车辆制动抱死或因制动减速度不一导致的追尾现象。

优选的，需根据异质车辆横摆、侧倾稳定性差异和道路曲率进行转向响应控制。在高速转弯过程中，不仅需要考虑因达到侧向力极限导致的侧向滑移，同时还有可能伴随着侧倾的发生，为保障异质车辆列队跟驰过程中的横摆、侧倾稳定性，需对转弯过程中的车速进行协调控制。

首先，根据异质车辆转弯前的状态参数以及弯道道路信息对弯道顶点(道路曲率最大处)的侧向车速进行控制，减小质心侧偏角，避免侧向滑移的发生。由道路信息及车速v_{n i}计算到达弯道顶点的时间T_e，如下式，

其中，h为车辆质心到道路曲率中心的距离；θ为车辆速度与车辆质心到道路曲率中心连线的夹角。然后，控制异质转向角与各车轮制动力矩，使队列产生与弯道顶点法向平行、大小为z_t的制动减速度，使队列车辆到达最大曲率处的横向速度v_y减至零，使得质心侧偏角理想化为0，以保障转弯行驶的稳定性。

其中，v_i为异质车辆行驶速度；μ为路面附着系数。此外，根据异质车辆转弯前的状态参数以及弯道道路信息对弯道顶点(道路曲率最大处)的纵向车速进行控制，以避免速度过快导致轮胎着地性变差甚至侧倾失稳的发生。通常，以车辆侧倾运动产生的轮胎垂向力F_zl和F_zr之间的差值——侧翻指数R来衡量，并基于侧倾动力学进行计算

其中，l_w为车辆轮距；l_s为车辆左右悬架横向距离；h_R为车辆质心距离侧倾中心的高度；a_y为侧向加速度；φ为车辆簧上质量侧倾角度。当侧倾角度较小时，上式可化简为，

最后，异质车辆因类型差异，对侧倾程度要求不一，可根据异质车辆侧翻系数差异及相关车辆参数的不同，对列队车辆通过最大曲率处的纵向速度v_{t x}进行限制，

其中，k为道路曲率；R_{h threshold}为异质车辆侧翻极限；l_nw为异质车辆的轮距；h_nR为异质车辆质心距离侧倾中心的高度。

结合队列横、纵向速度要求，对异质车辆前轮转向角和轮胎制动力进行控制。

本发明还提出一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制系统，包括路侧端道路信息采集传输模块(RSU)、车端信息接收模块(OBU)、异质车辆车—车通讯模块(V2V)、车辆状态信息采集模块、云端计算模块及各异质车辆动作执行模块；

所述路侧端道路信息采集传输模块(RSU)：架设于道路两侧，负责采集所覆盖路段的道路曲率k和异质车辆行驶路段坡道角α_n，并根据前期行车经验获取路面附着情况，监测路段的交通拥堵状态或突发事件；

所述车端信息接收模块(OBU)：安装于车端，与路侧端道路信息采集传输模块(RSU) 进行实时交互，获取相关道路信息，并传输给整车控制单元，由整车控制单元传输到云端计算模块；

所述异质车辆车—车通讯模块(V2V)：安装于车端，负责队列车辆间的信息交互，传输车辆间的动作指令；

所述车辆状态信息采集模块：安装于车端，采集多维度协同控制所需的各异质车辆性能及状态信息，并由整车控制单元传输给云端计算模块，相关信息包括：异质车辆的峰值功率P_{n e}；异质车辆的载荷m_n；异质车辆的传动系统机械效率η_nT；异质车辆迎风面积A_n；异质车辆空气阻力系数C_{n D}；当前车速u_n；异质车辆旋转质量转换系数δ_n，异质车辆的峰值扭矩T_{n tq}、异质车辆行驶路段坡道角α_n、异质车辆的最大加速度du_n/dt、异质车辆侧翻极限R_{h threshold}、异质车辆的轮距l_nw、异质车辆质心距离侧倾中心的高度 h_nR、异质车辆动力系统转速限值n_{n max}、异质车辆的变速器传动比i_{n g}、异质车辆的主减速器传动比i_{n 0}、异质车辆驱动轮的滚动半径r_n、异质车辆动力系统峰值驱动值U_{n N}、异质车辆质心至前轴中心线的距离a_n；异质车辆质心至后轴中心线的距离b_n、异质车辆质心高度h_{n g}、异质车辆轴距L_n、异质车辆的轮距l_nw；异质车辆质心距离侧倾中心的高度h_nR；

所述云端计算模块：作为集成计算单元，集成路况信息和异质车辆性能及状态参数，根据内置的上述异质车辆列队跟驰多维度协同控制算法对队列行驶的动作限值进行，并传输给队列中各异质车辆；

所述异质车辆动作执行模块：根据车辆接收到的云端计算模块计算的动作限值，对驱动、制动、转向各执行系统进行协调控制，保障队列跟驰行驶的平稳、有序。

本发明的有益效果：

(1)本发明提出的方法克服了前期车辆列队跟驰技术需为同质车辆的局限性，同时依据车辆状态和系统性能对异质车辆行驶过程进行协调，保障了异质车辆跟驰过程中的队列一致性、行车安全性和转弯稳定性。

(2)相比于无人驾驶车辆技术，安全可靠的异质车辆列队跟驰技术对硬件设备和智能算法的要求较低，极大降低了成本投入，实用价值大，社会经济效益高。

(3)本发明涉及异质车辆列队跟驰的多维度协同控制系统，为异质车辆列队跟驰技术的落地实行提供了设备保障，促进了智能网联车辆技术的发展，相比基于自车传感器测距、目标识别的列队技术，基于车联网的多车协调跟驰具备更优的实时性和鲁棒性。

(4)异质车辆列队跟驰有助于具有相同目的地的异质车辆进行实时组合列队，利于缓解交通拥堵情况，降低驾驶员疲劳，减少能耗。

附图说明

图1异质车辆列队跟驰的多维度协同控制架构图。

图2异质车辆列队跟驰示意图。

图3异质车辆列队跟驰最高行驶车速控制。

图4异质车辆列队跟驰最高行驶加速度控制。

图5异质车辆列队跟驰减速制动控制。

图6基于道路信息的异质车辆列队跟驰弯道速度控制。

图7异质车辆列队跟驰的过弯动态控制示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种异质车辆跟驰的多维度协同控制方法及系统，为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图说明及实施方式具体对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。本发明依据图1所示的异质车辆列队跟驰的多维度协同控制架构图展开实施，其中，异质车辆列队跟驰示意图见图2所示。

步骤1：根据动力系统性能差异对列队车辆最高车速进行限制。因异质车辆的动力总成不同使得不同车辆的最高车速不一致，若前车最高车速较大且不加限制，则会导致后车无法跟随前车，行车间距逐渐拉大，易混入其他社会车辆，破坏队列的协调性和一致性，则需根据异质车辆的动力性能和相关参数对最高车速进行标定。过程见图3所示，假设为n辆车列队跟驰，可根据下式限定最大行驶车速u_{t max}：

其中，n为队列中异质车辆编号；P_{n e}为异质车辆的峰值功率；m_n为异质车辆的载荷；G_n＝m_ng，其中g为重力加速度；i_n为行驶坡度，行驶于同路段，假设一致；f_n为滚动阻力系数，行驶于同路段，假设一致；η_{n T}为传动系统机械效率；A_n为异质车辆迎风面积；C_{D n}为空气阻力系数，后车风阻较小，可设置相关系数降低权重；u_n为当前车速；δ_n为异质车辆旋转质量转换系数。其含义为：特定工况时，取队列中最高行驶速度最小的车辆速度为队列速度极值。

根据队列速度极值，限制队列中异质车辆动力系统的转速范围，避免行驶车速超出极值。

其中，n为队列中异质车辆编号；n_{n max}为异质车辆动力系统转速限值；i_{n g}为异质车辆的变速器传动比；i_{n 0}为异质车辆的主减速器传动比；r_n为异质车辆驱动轮的滚动半径；κ为稳定裕度系数，以保障正常行驶，避免速度波动，可取为1～1.05。

步骤2：根据动力系统性能差异对列队车辆最大加速度进行限制。因异质车辆的动力总成差异使得队列异质车辆的加速能力有所差异，若列队中车辆的加速度不加限制，将导致队列速度一致性较差或车辆间距波动的问题，甚至使得后车无法跟随前车的情况发生，则依据图4所示步骤，根据异质车辆动力系统峰值扭矩和车辆状态参数对队列异质车辆的最大加速度a_{t max}进行限制。

其中，n为队列中异质车辆编号；T_{n tq}为异质车辆的峰值扭矩；α_n为异质车辆行驶路段坡道角；du_n/dt为异质车辆的最大加速度；其余参数含义同上。其含义为：特定工况时，取队列中加速性能最弱的车辆加速度为队列加速度极值。

根据队列加速度极值，限制队列中异质车辆动力系统节气门开度范围(油车)或电机控制器输出电压的范围(电动汽车)，避免部分车辆加速度过高，导致后车无法跟随。

根据下式计算动力输出系数。

其中，n为队列中异质车辆编号；

为稳定裕度系数，以保障正常扭矩要求，避免加速度不足，可取为1～1.05；θ_n为异质车辆动力输出系数(0～1)，可根据动力输出系数计算节气门开度范围(油车)或电机控制器输出电压范围(电动汽车)

U_{n N}＝θU_{n max}

其中，U_{n N}为异质车辆动力系统节气门开度范围(燃油车)或电机控制器输出电压的范围(电动汽车)的极限值；U_{n max}为节气门原始最大开度(燃油车)或电机控制器峰值输出电压。

步骤3：根据制动系统性能差异和车辆状态的制动力限制与分配。因异质车辆制动系统性能差异或车辆状态的不同，导致异质车辆制动时的减速度或舒适度差别较大，极端制动条件下需考虑个别车辆的制动抱死情况，则在保障行车距离、避免制动侧滑、甩尾现象等保障制动安全性的前提下，考虑制动舒适性。

当危险情况发生，需要紧急制动时，理论上最大制动强度可等于路面附着系数，即

可保障整车的最大制动效能。当非紧急情况时，应对制动速度进行限制，满足异质车辆载货、载客不同功能的舒适平稳性。通常不应使制动减速度大于1.5-2.5m/s²，否则不仅会使乘客感到不舒服或发生危险或造成货物不安全，而且还会增加燃料的消耗和轮胎的磨损。为此，依据图5所示步骤，确定不同情况下的制动强度：

其中，z_t为队列目标制动强度；d_n为异质车辆对舒适度要求的制动减速度限值。根据制动强度，完成异质车辆前、后轮制动力F_nμ1和F_nμ2的准确分配：

其中，a_n为异质车辆质心至前轴中心线的距离；b_n为异质车辆质心至后轴中心线的距离；z_t为异质车辆队列制动强度；h_{n g}为异质车辆质心高度；L_n为异质车辆轴距；其余参数含义参考上文。但当部分车轮制动轮缸压力不足以满足理想制动强度要求时，需根据上式调整单车的制动强度、制动力分配以及队列的制动减速度，避免部分车辆制动抱死或因制动减速度不一导致的追尾现象。

步骤4：需根据异质车辆横摆、侧倾稳定性差异和道路曲率的转向响应控制。在高速转弯过程中，不仅需要考虑因达到侧向力极限导致的侧向滑移，同时还有可能伴随着侧倾的发生，为保障异质车辆列队跟驰过程中的横摆、侧倾稳定性，可依据图6所示步骤，对转弯过程中的车速进行协调控制。

首先，根据异质车辆转弯前的状态参数以及弯道道路信息对弯道顶点(道路曲率最大处)的侧向车速进行控制，减小质心侧偏角，避免侧向滑移的发生。根据图7所示，由道路信息及车速v_i计算到达弯道顶点的时间T_e，如下式，

其中，h为车辆质心到道路曲率中心的距离；Θ为车辆速度与车辆质心到道路曲率中心连线的夹角。然后，控制异质转向角与各车轮制动力矩，使队列产生与弯道顶点法向平行、大小为z_t的制动减速度，使队列车辆到达最大曲率处的横向速度v_y减至零，使得质心侧偏角理想化为0，以保障转弯行驶的稳定性，避免侧向滑移。

其中，v_i为异质车辆行驶速度；μ为路面附着系数。此外，根据异质车辆转弯前的状态参数以及弯道道路信息对弯道顶点(道路曲率最大处)的纵向车速进行控制，以避免速度过快导致轮胎着地性变差甚至侧倾失稳的发生。通常，以车辆侧倾运动产生的轮胎垂向力F_zl和F_zr之间的差值——侧翻指数R来衡量，并基于侧倾动力学进行计算

其中，l_w为车辆轮距；l_s为车辆左右悬架横向距离；h_R为车辆质心距离侧倾中心的高度；a_y为侧向加速度；φ为车辆簧上质量侧倾角度。当侧倾角度较小时，上式可化简为，

最后，异质车辆因类型差异，对侧倾程度要求不一，可根据异质车辆侧翻系数差异及相关车辆参数的不同，对列队车辆通过最大曲率处的纵向速度进行限制，

其中，k为道路曲率；R_{h threshold}为异质车辆侧翻极限；l_nw为异质车辆的轮距；h_nR为异质车辆质心距离侧倾中心的高度。

结合队列横、纵向速度要求，对异质车辆前轮转向角和轮胎制动力进行控制。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技术所创的等效方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制方法，其特征在于，包括如下：

S1：基于动力总成峰值输出功率和车辆状态的队列最高行驶车速控制；

S2：基于动力总成峰值输出扭矩和车辆状态的队列最高行驶加速度控制；

S3：基于制动系统性能差异和车辆状态的异质车辆制动力控制；

S4：基于异质车辆横摆、侧倾稳定性差异和道路曲率的转向动态车速控制；

S5：通过上述控制限制前车行驶动态性能，后车将根据前车控制指令对自车驱动、制动、转向系统进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制方法，其特征在于，所述S1的具体实现方法包括：

假设有n辆异质车辆进行列队跟驰，根据下式限定最大行驶车速u_tmax：

其中，其中，n为队列中异质车辆编号；P_ne为异质车辆的峰值功率；m_n为异质车辆的载荷；G_n＝m_ng，其中g为重力加速度；i_n为行驶坡度，行驶于同路段，假设一致；f_n为滚动阻力系数，行驶于同路段，假设一致；η_nT为异质车辆的传动系统机械效率；A_n为异质车辆迎风面积；C_nD为空气阻力系数，后车风阻较小，可设置相关系数降低权重；u_n为当前车速；δ_n为异质车辆旋转质量转换系数。

3.根据权利要求2所述的一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制方法，其特征在于，所述S1还包括：根据队列速度极值，限制队列中异质车辆动力系统的转速范围，

其中，n为队列中异质车辆编号；n_nmax为异质车辆动力系统转速限值；i_ng为异质车辆的变速器传动比；i_n0为异质车辆的主减速器传动比；r_n为异质车辆驱动轮的滚动半径；κ为稳定裕度系数，以保障正常行驶，避免速度波动，可取为1～1.05。

4.根据权利要求1所述的一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制方法，其特征在于，所述S2的实现方法包括：

根据异质车辆动力系统峰值扭矩和车辆状态参数对队列异质车辆的最大加速度a_tmax进行限制：

其中，其中，n为队列中异质车辆编号；Tn tq为异质车辆的峰值扭矩；αn为异质车辆行驶路段坡道角；dun/dt为异质车辆的最大加速度。

5.根据权利要求4所述的一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制方法，其特征在于，所述S2还包括：根据队列加速度极值，限制队列中异质车辆动力系统节气门开度范围(油车)或电机控制器输出电压的范围(电动汽车)，具体根据下式计算动力输出系数：

其中，n为队列中异质车辆编号；

为稳定裕度系数，以保障正常扭矩要求，避免加速度不足，可取为1～1.05，θ为异质车辆动力输出系数(0～1)，根据动力输出系数计算节气门开度范围(油车)或电机控制器输出电压范围(电动汽车)

U_nN＝θ_nU_nmax

其中，U_nN为异质车辆动力系统节气门开度范围(燃油车)或电机控制器输出电压的范围(电动汽车)的极限值；U_nmax为节气门原始最大开度(燃油车)或电机控制器峰值输出电压。

6.根据权利要求1所述的一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制方法，其特征在于，所述S3的实现方法包括：

当紧急制动时，最大制动强度等于路面附着系数，即

当非紧急情况时，对制动加速度进行限制，满足异质车辆载货、载客不同功能的舒适平稳性，使制动减速度不大于1.5-2.5m/s²，为此，确定不同情况下的制动强度

其中，z_t为队列目标制动强度；d_n为异质车辆对舒适度要求的制动减速度限值，根据制动强度，完成异质车辆前、后轮制动力F_nμ1和F_nμ2的准确分配：

其中，a_n为异质车辆质心至前轴中心线的距离；b_n为异质车辆质心至后轴中心线的距离；z_t为异质车辆队列制动强度；h_ng为异质车辆质心高度；L_n为异质车辆轴距；。

7.根据权利要求1所述的一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制方法，其特征在于，所述S4的实现方法包括：

S4.1、根据异质车辆转弯前的状态参数以及弯道道路信息对弯道顶点(道路曲率最大处)的侧向车速进行控制，减小质心侧偏角，避免侧向滑移的发生，由道路信息及车速v_ni计算到达弯道顶点的时间T_e，如下式，

其中，h为车辆质心到道路曲率中心的距离；Θ为车辆速度与车辆质心到道路曲率中心连线的夹角；

S4.2、控制异质转向角与各车轮制动力矩，使队列产生与弯道顶点法向平行、大小为z_t的制动减速度，使队列车辆到达最大曲率处的横向速度v_y减至零，使得质心侧偏角理想化为0，以保障转弯行驶的稳定性：

其中，v_i为异质车辆行驶速度；μ为路面附着系数；

S4.3、根据异质车辆转弯前的状态参数以及弯道道路信息对弯道顶点(道路曲率最大处)的纵向车速进行控制，通常，以车辆侧倾运动产生的轮胎垂向力F_zl和F_zr之间的差值——侧翻指数R来衡量，并基于侧倾动力学进行计算

其中，l_w为车辆轮距；l_s为车辆左右悬架横向距离；h_R为车辆质心距离侧倾中心的高度；a_y为侧向加速度；φ为车辆簧上质量侧倾角度，当侧倾角度较小时，上式可化简为，

S4.4、根据异质车辆侧翻系数差异及相关车辆参数的不同，对列队车辆通过最大曲率处的纵向速度v_tx进行限制，

其中，k为道路曲率；R_hthreshold为异质车辆侧翻极限；l_nw为异质车辆的轮距；h_nR为异质车辆质心距离侧倾中心的高度。

8.一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制系统，其特征在于，包括路侧端道路信息采集传输模块RSU、车端信息接收模块OBU、异质车辆车—车通讯模块V2V、车辆状态信息采集模块、云端计算模块及各异质车辆动作执行模块；

所述路侧端道路信息采集传输模块RSU：架设于道路两侧，负责采集路况信息，监测路段的交通拥堵状态或突发事件；

所述车端信息接收模块OBU：安装于车端，与路侧端道路信息采集传输模块RSU进行实时交互，获取相关道路信息，并传输给整车控制单元；

所述异质车辆车—车通讯模块V2V，安装于车端，负责队列车辆间的信息交互，传输车辆间的动作指令；

所述车辆状态信息采集模块：安装于车端，采集多维度协同控制所需的各异质车辆状态信息；

所述云端计算模块：作为集成计算单元，集成路况信息和异质车辆性能及状态参数，根据内置的异质车辆列队跟驰多维度协同控制算法对队列行驶的动作限值进行计算，并传输给队列中各异质车辆；

所述异质车辆动作执行模块：根据车辆接收到的云端计算模块计算的动作限值，对驱动、制动、转向各执行系统进行协调控制。

9.根据权利要求8所述的一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制系统，其特征在于，所述路侧端道路信息采集传输模块采集的路况信息包括：道路曲率k和异质车辆行驶路段坡道角α_n，获取路面附着情况；

所述车辆状态信息采集模块采集的车辆状态信息包括：异质车辆的峰值功率P_ne；异质车辆的载荷m_n；异质车辆的传动系统机械效率η_nT；异质车辆迎风面积A_n；异质车辆空气阻力系数C_nD；当前车速u_n；异质车辆旋转质量转换系数δ_n，异质车辆的峰值扭矩T_ntq、异质车辆行驶路段坡道角α_n、异质车辆的最大加速度du_n/dt、异质车辆侧翻极限R_hthreshold、异质车辆的轮距l_nw、异质车辆质心距离侧倾中心的高度h_nR、异质车辆动力系统转速限值n_nmax、异质车辆的变速器传动比i_ng、异质车辆的主减速器传动比i_n0、异质车辆驱动轮的滚动半径r_n、异质车辆动力系统峰值驱动值U_nN、异质车辆质心至前轴中心线的距离a_n；异质车辆质心至后轴中心线的距离b_n、异质车辆质心高度h_ng、异质车辆轴距L_n、异质车辆的轮距l_nw；异质车辆质心距离侧倾中心的高度h_nR；。

10.根据权利要求8所述的一种异质车辆列队跟驰的多维度协同控制系统，其特征在于，所所述云端计算模块内置的算法包括权利要求1-7任一项所述的异质车辆列队跟驰的多维度协同控制方法。

Images