本发明属于车辆协同控制，尤其涉及基于改进的二次型间距策略的车辆快速编队控制方法。
背景技术：
1、车辆编队控制作为智能交通系统的重要分支，近年来备受关注。当前，大多数关于车辆编队控制的研究(如：[j.chen,d.bai,h.liang and y.zhou,“a third consensusapproach for vehicle platoon with intervehicle communication,”journalofadvanced transportation,vol.2018,jul.2018]和[j.zhang,c.peng and x.xie,“platooning control of vehicular systems by using sampledpositions,”ieeetransactions on circuits and systems ii:express briefs,vol.70,no.7,pp.2435-2439,jul.2023.])都假设车队中车辆的动力学是线性的。然而，在实际环境中，车队中车辆的动力学是非线性的。且大量的关于车辆编队控制的研究(如：[l.xiao andf.gao,“practical string stability of platoon of adaptive cruise control vehicles,”ieee transactions on intelligent transportation systems,vol.12,no.4,pp.1184-1194,dec.2011])都假设车队中车辆在初始时刻便是期望的编队构型，即初始车间距离误差为零，但在实际工程中，车队中车辆的初始车间距离误差往往不为零，这使得该假设具有局限性。此外，车辆编队控制对车辆位置编队跟踪误差的收敛速度要求较高，若响应速率过慢，则无法保证有效的控制性能，而现有的关于车辆编队控制的研究(如：[c.-l.zhang andg.guo,“prescribedperformance slidingmode control of vehicular platoons withinput delays,”ieee transactions on intelligent transportation systems,mar.2024.(doi:10.1109/tits.2024.3368520)])多是渐近稳定的。
2、目前车辆编队控制的研究多针对不符合现实实际的线性纵向车队系统，且多不合理地要求车队中车辆在初始时刻是期望的编队构型，即初始车间距离误差为零，并忽略车辆编队控制对收敛速度的要求。
技术实现思路
1、针对三阶非线性纵向车队系统的编队控制问题，本发明提出了基于改进的二次型间距策略的车辆快速编队控制方法，该方法可以保证车队中车辆按期望的编队构型跟随其领头车辆运动。
2、与现有技术相比较，本发明的有益效果为：
3、一种基于改进的二次型间距策略的车辆快速编队控制方法，包括如下步骤：
4、步骤1：对车辆纵向运动进行受力分析，建立车辆纵向动力学模型；所述车辆纵向动力学模型包括领头车辆的纵向动力学模型和除领头车辆外的其他车辆的纵向动力学模型；
5、定义领头车辆的纵向动力学模型：
6、
7、其中，x0是领头车辆的位置，是领头车辆的位置的导数，v0是领头车辆的速度，a0是领头车辆的加速度，是领头车辆的速度的导数；
8、对除领头车辆外的其他车辆的纵向运动进行受力分析，建立除领头车辆外的其他车辆的纵向动力学模型：
9、
10、其中，i是车辆编号，xi是第i辆车的位置，是第i辆车的位置的导数，vi是第i辆车的速度，是第i辆车的速度的导数，ai是第i辆车的加速度，是第i辆车的加速度的导数，mi是第i辆车的质量，τi是第i辆车的发动机时间常数，ui是第i辆车的油门或刹车输入信号，fu,i是第i辆车的非线性函数；
11、所述第i辆车的非线性函数：
12、
13、其中，ha是空气质量常数，ai是第i辆车的车身横截面积，cd,i是第i辆车的拽力系数，dm,i是第i辆车的机械拽力；
14、步骤2：根据车辆纵向动力学模型，构造改进的二次型间距策略及理想车间距离；
15、所述改进的二次型间距策略为：
16、
17、其中，ei是第i辆车的位置编队跟踪误差，是第i辆车的第一中间变量，γi是第i辆车的第二中间变量，xi-1是第i-1辆车的位置，lcar是车辆长度，δ是相邻车辆之间的安全距离，hx是延迟系数，σx是安全系数，axm是期望的最大加速度的绝对值，是第i辆车的第一中间变量在零初始时刻的值，是第i辆车的第一中间变量的一阶导数在零初始时刻的值，是第i辆车的第一中间变量的二阶导数在零初始时刻的值，β是第三中间变量，td是时间参数，时间参数td小于t1，t1是预设时间参数，t是时间；
18、第i辆车与前车的理想车间距离为：
19、
20、其中，di是第i辆车与前车的理想车间距离；
21、步骤3：基于步骤2中构造的改进的二次型间距策略即理想车间距离，建立各辆车的终端滑模面；
22、所述终端滑模面为：
23、
24、其中，si是第i辆车的终端滑模面，是第i辆车的位置编队跟踪误差ei的一阶导数，k1,i是第i辆车的第一设计参数且满足k1,i≥0，α1,i是第i辆车的第二设计参数且满足1/2＜α1,i＜1，t1是预设时间参数；
25、步骤4：基于步骤3中的终端滑模面设计输入信号，通过输入信号实现车辆编队控制；所述输入信号为油门或刹车输入信号；
26、所述输入信号为：
27、当时：
28、
29、当时：
30、
31、其中，bi是第i辆车的第三设计参数，k2,i是第i辆车的第四设计参数满足k2,i＞0，α2,i是第i辆车的第五设计参数满足0＜α2,i＜1；是γi的二阶导数。
32、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
33、1、相较于一阶线性、二阶线性和三阶线性纵向车队系统，本发明考虑三阶非线性纵向车队系统，对实际应用场景更具有一般性和通用性。
34、2、设计了改进的二次型间距策略，其相较于传统的二次型间距策略，能保证车辆位置编队跟踪误差在初始时刻为零，消除了因车队初始状态不是期望状态时导致的车队中车辆油门或刹车输入信号大的问题。与此同时，该间距策略也消除了已有的一些研究中要求车队中车辆在初始时刻便满足期望的编队构型的假设。
35、3、针对三阶非线性纵向车队系统，基于所设计的改进的二次型间距策略，设计了基于终端滑模面的快速编队控制方法。值得注意的是，本发明所建立的终端滑模面是预设时间终端滑模面，这大大提高了车辆位置编队跟踪误差的收敛速度。
1.一种基于改进的二次型间距策略的车辆快速编队控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进的二次型间距策略的车辆快速编队控制方法，其特征在于，步骤1中所述车辆纵向动力学模型包括领头车辆的纵向动力学模型和除领头车辆外的其他车辆的纵向动力学模型。
3.根据权利要求2所述的基于改进的二次型间距策略的车辆快速编队控制方法，其特征在于，所述领头车辆的纵向动力学模型为：
4.根据权利要求2所述的基于改进的二次型间距策略的车辆快速编队控制方法，其特征在于，所述除领头车辆外的其他车辆的纵向动力学模型为：
5.根据权利要求4所述的基于改进的二次型间距策略的车辆快速编队控制方法，其特征在于，步骤2中所述改进的二次型间距策略为：
6.根据权利要求5所述的基于改进的二次型间距策略的车辆快速编队控制方法，其特征在于，步骤3中所述终端滑模面为：
7.根据权利要求6所述的基于改进的二次型间距策略的车辆快速编队控制方法，其特征在于，步骤4中所述输入信号为油门或刹车输入信号；
