当今全球范围内汽车的保有量和产销量正迅猛增长，由此导致的石油资源过度消耗、交通拥堵、环境污染、汽车行驶安全及驾驶舒适性等问题日益严重。为此，美国交通部智能交通署率先提出了智能交通和智能网联的概念，受到世界范围内的广泛关注，并被应用于车辆的燃油经济性控制、安全及交通流畅性控制等领域。在智能网联环境下，可通过车一车通信获取相邻车辆之间的位置和车速信息等，实现车与车的互联。采用车联网技术，可以大幅度的增加交通流畅性，因而节省行驶时间，降低燃油消耗，并减少温室气体的排放。为了提高主动安全性、乘客舒适性和交通效率，近几十年来，乘用车自动化已成为一个广泛研究的领域。如何维持车辆队列的弦稳定性作为关键性问题也受到广泛关注。
关键问题：（1）深刻理解V2V车辆编队纵向弦稳定性，本课题研究的对象即为V2V车辆编队纵向弦稳定性，是研究与学习的基础；（2）建立合适的编队系统数学模型，只有建立合适的模型才能在进行理论与仿真，得出正确的结论。难点：（1）建立合适的编队系统数学模型，需要在前人研究的模型基础之上推陈出新，发现新的研究角度；（2）建立稳定性控制系统，在模型的基础上进行数学分析，此外，还要对模型进行线性化，线性化的方向选取要做好选择。
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选题背景和意义：
- 课题关键问题及难点：
- 文献综述（或调研报告）：
智能网联汽车包含智能汽车与网联汽车两个方面。在网联汽车方面，核心技术主要涉及多车协同控制与系统决策、车-车通信以及车一交通设施通信[1]。其中，控制与决策方法主要包含协同式自适应巡航控制及稳定性分析、智能交通系统、基于燃油经济性优化的领队车辆车速优化、基于信号灯正时的目标车辆车速优化等。由于智能网联汽车涉及面十分广泛，而本文即将描述的主要研究内容为基于无线车对车通信的自动驾驶车辆编队纵向弦稳定性并基于此提出一种适用的弦稳定控制系统，因此，本文献综述仅描述与之相关的文献。在车辆编队模型的研究方面，Davis[2]提出了一种在给定单个车辆的力学响应的情况下，计算自适应巡航控制车辆排的动态响应的方法。所考虑的控制算法基于恒定的车头时距、相对速度反馈和加速度反馈。使用模型进行模拟，该模型近似于发动机的测量扭矩响应。Naus[3]在文章中介绍了一种协同自适应巡航控制（cooperative adaptive cruise control ,CACC）系统的设计及其实际应用验证。针对实现的可行性，提出了一种具有有限通信结构的分散控制器设计（在这种情况下，仅与最近的前一辆车建立无线通信链路）。实验结果表明了该设计优于标准自适应巡航控制功能考虑了与前车的通信链路，考虑了通信延迟和交通的异质性，采用分散控制器设计，采用前馈控制器设计，在此基础上，采用基于频域的方法分析了CACC系统的弦稳定特性。在一个相对简单的CACC系统设置下，以实现的可行性为重点，相对于标准自适应巡航系统，在最小间隔时间和弦稳定性方面可以实现显著的改进。此外，比较不同CACC设置下系统的性能和弦稳定性是一个值得进一步研究的问题。在CACC的基础之上，Orosz[4]研究了车辆通过V2V通信交换信息的互联车辆系统。利用V2V连接性，建立了网联巡航控制（connected cruise control, CCC）的概念，允许在单个车辆的层级上进行控制设计。由于其高度的模块化，该设计可应用于大型异构交通系统。在考虑车辆动力学和控制器非线性的情况下，对简单CVS进行了详细的动力学分析。也包括由于通信通道中的互联性和丢包而产生的时间延迟。李兆建等人[5]提出了基于弹簧-质量-阻尼-离合器系统的微观交通模型，利用质量弹簧阻尼离合器系统，建立了一种新的受机械系统启发的微观交通模型。该模型自然地捕获了一般的跟驰（car following, CF）行为，并提供了CF动力学的物理解释，同时也考虑了后续车辆对先导车辆的影响。《基于虚拟弹簧-阻尼理论的多车连环避撞系统设计》一文基于虚拟弹簧-阻尼的多体动力学理论，构建了不同驾驶模式下的车辆队列跟驰模型，并阐明了人工驾驶车辆在低能见度环境下发生连环碰撞事故的作用机理。利用仿真方法对人工驾驶、自动驾驶及网联驾驶模式下的连环避撞性能进行了比较研究。而对于自动驾驶和网联驾驶队列，根据相对车距及相对速度能够确定跟驰车辆的虚拟弹簧力和阻尼力，两者合力可保证两种队列在制动结束时的行车间距均大于零，且网联驾驶队列的主动避撞性能要优于自动驾驶队列。在车队的弦稳定性方面，Feng等人[6]着重讨论了弦稳定性的定义和推导弦稳定性替代性质的分析方法。从定义和分析方法两个方面对弦稳定性的研究进行了综述。概述了常用的定义，并提出了弦稳定性的三个重要性质，分别概括为收敛性、有界性和可伸缩性。在此基础上，提出了ISSS的定义。并对主要的分析方法和备选方案进行了介绍和比较。从时间和空间分析的角度，讨论了这些方法的本质。在这些研究的基础上，对车辆编队纵向弦稳定性有比较深刻的理解，并基于此提出一种适用的弦稳定控制系统，研究车辆编队稳定性机理与影响其稳定性的物理因素，特别是时滞与车辆编队弦稳定性的关系。
参考文献：
[1] 邱利宏. 智能网联混合动力汽车队列分层优化控制方法研究[D]: [博士学位论文]. 合肥：合肥工业大学, 2018.
[2] Davis L C. The effects of mechanical response on the dynamics and string stability of a platoon of adaptive cruise control vehicles[J]. Physical A: Statistical Mechanics and its Applications, 2013, 392(17): 3798-3805.
[3] Naus G J L , Vugts R P A, Jeroen Ploeg, et al. String-Stable CACC Design and Experimental Validation: A Frequency-Domain Approach[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2010, 59(9): 4268-4279.
[4] Orosz G. Connected cruise control: modelling, delay effects, and nonlinear behaviour[J]. Vehicle System Dynamics, 2016, 54(8): 1147-1176.
[5] Li Z, Khasawneh F, Yin X, et al. A New Microscopic Traffic Model Using a Spring-Mass-Damper-Clutch System[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2019, 99: 1-10.
[6] Feng S, Zhang Y, Li L, Li S E, et al. String stability for vehicular platoon control: Definitions and analysis methods[J]. Annual Reviews in Control, 2019, 47: 81-97.
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