车辆多目标自适应巡航显式模型预测控制

作者：赵树恩; 冷姚^*; 邵毅明

来源：交通运输工程学报, 2020, 20(03): 206-216.

DOI：10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.03.019

• 汽车工程
• 自适应巡航控制
• 多性能目标优化
• 显式模型预测控制
• 多面体分段仿射
• 多参数二次规划

为了兼顾车辆自适应巡航控制(ACC)系统的跟踪控制效果和实时性,提出了基于显式模型预测控制(EMPC)理论的车辆多目标自适应巡航控制方法;基于车辆间运动学关系建立自适应巡航控制运动学模型,根据预测控制理论推导预测时域内的跟踪误差预测模型,并确定车辆安全性、跟踪性、经济性和舒适性等多性能目标函数和约束条件;运用显式模型预测控制中的多参数规划理论,将基于反复在线优化计算的闭环模型预测控制系统转化为与之等价的显式多面体分段仿射(PPWA)系统,通过离线计算获得期望加速度与距离误差、速度误差、自车加速度和前车加速度等状态变量之间的最优控制律,并设计在线查表的搜索流程,通过定位当前状态所处分区,并应用该分区的显式控制律实现自适应巡航控制;进行了纵向跟踪工况仿真验证,并与传统MPC-ACC控制方法进行对比。对比结果表明:在前车正弦加减速工况下,EMPC-ACC控制器单步运算速度比MPC-ACC控制器平均提升了53.51%,EMPC-ACC控制下的平均距离跟踪误差为0.220 3 m,平均速度误差为0.340 1 m·s-1;在前车阶跃加减速工况下,EMPC-ACC控制器单步运算速度比MPC-ACC控制器平均提升了72.96%,EMPC-ACC控制下的平均距离跟踪误差为0.331 9 m,平均速度误差为0.399 1 m·s-1。可见,提出的EMPC-ACC控制算法在保证纵向跟踪性能的前提下,有效地提高了自适应巡航控制的实时性。

• 出版日期2020
• 单位重庆交通大学; 交通运输学院