● 摘要
交通拥堵和安全是世界各国待以解决的两大交通领域难题。以车车/车路通信为基础的车辆队列技术是解决以上问题的重要技术手段之一。车辆队列技术通过信息交互和共享，将具有共同行驶目的的一组车辆实现整体队列化控制，目的在与保证车辆安全行驶情况下，减少车间距，提高通行效率。目前国内外研究成果主要聚焦如何对队列车间距、速度和规模进行有效控制。本文重点考虑车辆队列行驶安全性和稳定性，从通信失效和协同避撞两方面开展研究。
本文依托北京航空航天大学车路协同与安全控制北京市重点实验室平台，国家 863 计划“基于车联网的车辆智能化技术研究”（课题编号：2012AA111901），以及国家自然科学基金项目“车车通信模式下的车辆队列巡航安全性研究”（课题编号：61371076），以纵向车辆队列为研究对象，满足车辆行驶安全性和队列稳定性为前提条件，设计了车辆队列协同控制模型和协同主动避撞控制模型，并通过软件仿真和半实物平台对模型进行了验证。本文为车辆队列控制工程化研究提供了理论和实验基础，主要研究内容包括：
（1）建立车车通信模式下的车辆动力学模型。首先根据纵向公路行驶的特定场景，分析车车通信模式下车辆受力因素和加速度分配关系，对经典车辆动力学模型进行了简化和改进。并将模型分为三层实现：车辆模型，下层控制模型和上层控制模型。
（2）本文对车辆队列行驶安全性和队列稳定性进行了分析，基于滑模控制理论和Lyapunov稳定性判据建立了车辆队列协同控制模型。通过搭建Carsim/Matlab/Simulink联合仿真环境对跟随控制效果进行了验证。
（3）针对现有研究成果的不足，本文首先考虑了车车通信延迟对车辆队列协同控制模型的影响，并建立了通信失效下的控制结构调整策略；分析了传统依靠单车紧急制动避撞方法的缺陷，将车辆队列的避撞问题转化为交通资源优化问题，基于非线性规划方法建立了协同主动避撞（CACA）模型。
（4）考虑车辆队列实车验证实验成本高、危险系数大，本文选择了半实物平台作为模型的验证手段，沿用美国麻省理工学院Buckingham的车辆“π groups”缩比模型法则和密歇根大学的模型车参数配置方法，搭建了1:10比例的智能微缩车平台，通过软硬件设计完成了与实车的参数对应，并对本文的模型进行了实验验证。
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