智能网联汽车队列控制：理论、技术与应用

随着人工智能和信息通信技术的快速发展，汽车领域的两大前沿技术“智能化”和“网联化”呈现融合趋势，智能网联汽车技术将引领未来汽车的新一轮发展。《交通强国建设纲要》《中国制造 2025》和《智能汽车创新发展战略》等国家纲领文件明确了智能网联汽车的战略发展目标，其核心技术——车辆队列协同控制由于其在提高安全性、增加交通容量和降低能耗方面的优点更是得到了广泛的研究和发展。

车辆纵向动力学模型

发动机扭矩特性

车辆队列系统的串稳定性示意图

不同车辆队列系统分析方法的实际选择流程图

智能网联汽车队列控制

智能网联车辆队列控制的主要目标是设计合适的控制器，使车流中的车辆以相同的速度和期望的间距组成队列，并保证车辆队列的稳定性。针对智能网联汽车队列控制理论及其应用，近年来已有大量的论文发表。作者多年来一直从事智能网联车辆队列控制理论及其应用方面的研究和教学工作，为了促进智能网联车辆队列控制技术的进步，反映智能网联车辆队列控制理论及其应用的最新成果，作者编写《智能网联汽车队列控制：理论、技术与应用》，以使广大读者能够了解、掌握和应用这一领域的相关理论和技术。

本书针对《交通强国建设纲要》以及“碳达峰与碳中和”等国家重大战略在汽车和交通领域的迫切需求，助力汽车行业向智能化和网联化转型升级，将智能网联汽车队列控制作为主要研究对象，重点对智能网联车辆队列控制中的基本概念、控制方法、核心技术以及典型应用，进行了较为系统、全面和详细的介绍。从介绍构成智能网联车辆队列系统的车辆模型、通信拓扑以及间距策略出发，深入浅出地介绍了车辆队列系统稳定性和串稳定性相关理论和分析方法，同时细致严谨地介绍了先进的智能网联车辆队列控制器以及该领域的新技术，并以大量的应用案例帮助读者了解、掌握和应用智能网联车辆队列协同控制领域的相关理论和技术。

本书是在总结作者多年研究成果的基础上，进一步理论化、系统化、规范化、实用化而成的，其特点是：

01

智能网联车辆队列控制算法取材新颖，内容先进，重点置于该领域的前沿研究和一些有潜力的新方法和新技术。

02

本书从内容安排上充分考虑知识结构的完整性和系统性，突出理论联系实际，具有很强的工程使用性。书中有大量的应用实例及其结果分析，为读者提供了有益的借鉴。

本书共 12 章。第 1 章介绍车辆纵向运动学模型、车辆纵向动力学模型以及车辆不同自由度模型；第 2 章介绍通信拓扑相关理论；第 3 章介绍车辆队列控制间距策略；第 4章介绍车辆队列系统稳定性和串稳定性相关理论和分析方法；第 5 章介绍车辆队列控制器的设计和分析方法；第 6 章介绍智能网联车辆定位技术；第 7 章介绍图像处理与传感器技术；第 8 章介绍 V2X 通信技术；第 9 章介绍中间件技术；第 10 章介绍相关车辆队列仿真软件和基于 PreScan 的应用案例；第 11 章介绍缩微车辆队列应用案例，包括系统组成、服务器和数据开发、场景构建、软硬件联合调试、实验的开展以及结果分析；第 12 章介绍真车应用案例，包括系统组成和开发、实验的开展与结果分析。

目录速览

第一篇　理论基础部分

第1章　车辆模型　3

1.1　车辆纵向运动学模型　3

1.2　车辆纵向动力学模型　4

1.2.1　车辆纵向动力学特性　5

1.2.2　面向车辆队列控制的车辆纵向动力学模型　7

1.3　车辆多自由度模型　8

1.3.1　车辆二自由度模型　9

1.3.2　车辆三自由度模型　10

1.3.3　车辆平面五自由度模型　12

1.3.4　车辆七自由度模型　13

1.3.5　车辆十四自由度模型　14

参考文献　32

第2章　通信拓扑　35

2.1　图论　35

2.1.1　图的定义　35

2.1.2　顶点的度　35

2.1.3　图解表示法　36

2.1.4　图论相关的矩阵　36

2.2　通信拓扑结构建模　37

2.2.1　基于图论的通信拓扑建模　38

2.2.2　考虑V2V通信环境的通信拓扑结构表征方法　39

2.3　固定拓扑结构与切换通信拓扑结构　41

2.3.1　固定拓扑结构　41

2.3.2　切换拓扑结构　42

参考文献　42

第3章　间距策略　44

3.1　恒定间距策略　44

3.1.1　恒定间距策略定义　44

3.1.2　恒定间距策略的特点　45

3.2　恒定时距策略　46

3.2.1　恒定时距策略定义　46

3.2.2　恒定时距策略的特点　46

3.3　延时距离策略　47

3.3.1　延时距离策略定义　47

3.3.2　延时距离策略的特点　47

3.4　可变时距策略　48

3.4.1　可变时距策略定义　48

3.4.2　可变时距策略的特点　49

3.5　非线性距离策略　49

参考文献　50

第4章　稳定性分析　51

4.1　车辆队列系统稳定性分类　51

4.1.1　个体稳定性　51

4.1.2　串稳定性　52

4.1.3　两种稳定性的关联　52

4.2　车辆队列系统串稳定性的分类定义　52

4.2.1　串稳定性的原始定义　52

4.2.2　频域串稳定性的定义　53

4.2.3　时域串稳定性的定义　53

4.2.4　Lp串稳定性　54

4.3　各类串稳定性定义的等价关系　54

4.3.1　李雅普诺夫串稳定性　55

4.3.2　输入-输出串稳定性　55

4.3.3　输入-状态串稳定性　55

4.3.4　等价关系　56

4.4　队列稳定性的分析方法　56

4.4.1　频域分析　56

4.4.2　时域分析　58

4.5　分析方法的比较　58

参考文献　59

第5章　队列控制器设计与分析方法　61

5.1　单队列控制　61

5.1.1　结构化道路场景下的车辆队列纵向控制　61

5.1.2　基于积分滑模的车辆队列制动控制研究　73

5.1.3　非结构化道路场景下的车辆队列控制　85

5.2　汇入-汇出控制　98

5.2.1　车辆队列控制场景设计　98

5.2.2　纵向车辆队列控制算法　99

5.2.3　横向车辆队列控制算法　101

5.2.4　车辆队列控制算法的串稳定性分析　103

5.2.5　小结　104

5.3　多队列控制　104

5.3.1　问题描述　104

5.3.2　基于群一致性的多个车辆队列协同控制算法设计　106

5.3.3　一致性和稳定性分析　107

5.3.4　群侧向一致性和稳定性分析　110

5.3.5　数值仿真　111

5.3.6　小结　116

参考文献　116

（本期编辑：王芳）