工程科学学报.第42卷，第4期：423-433.2020年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.4:423-433,April 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.21.002;http://cje.ustb.edu.cn 协同式多目标自适应巡航控制 章军辉2，)，李庆12，)，陈大鹏12,3)四 1)中国科学院微电子研究所，北京1000292)江苏物联网研究发展中心，无锡2141353)无锡物联网创新中心有限公司，无锡214135 ☒通信作者，E-mail:dpchen@ime.ac.cn 摘要针对自动化高速公路(Automated highway system,AHS)车队稳定性问题，发展了一种多目标自适应巡航控制算法，根 据李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论对该问题进行了量化分析，并给出了同质与异质车队稳定性的设计要求，基于模型预测 控制(Model predictive control,MPC)理论，综合协调驾驶员期望响应、跟驰安全性、车队稳定性、车队整体品质等控制目标， 采用加权二次型性能泛函以及线性矩阵不等式约束的形式，将协同式多目标自适应巡航(Adaptive cruise control,.ACC)设计问 题最终转化成带约束的在线凸二次规划问题.仿真结果表明，相比单车ACC而言，协同ACC的约束空间更为严苛，车队互联 系统稳定性易受车间时距、车队规模、多目标权重、瞬态工况、车辆异质性等因素的影响，建议在跟驰安全性、车队稳定性良 好的前提下寻求一定的驾乘舒适性与燃油经济性，以确保车队整体品质， 关键词自动化高速公路；车队稳定性：协同自适应巡航控制：模型预测控制 分类号U461.91 Multi-objective adaptive cruise control (ACC)algorithm for cooperative ACC platooning ZHANG Jun-hui2),LI Qing2),CHEN Da-peng2 1)Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China 2)Jiangsu R&D Center for Internet of Things,Wuxi 214135,China 3)Wuxi Internet of Things Innovation Center Co.,Ltd.,Wuxi 214135,China Corresponding author,E-mail:dpchen@ime.ac.cn ABSTRACT With the rapid progress of the automated highway system,the issue of platoon stability,which might significantly affect highway traffic characteristics,such as traffic efficiency,traffic capacity,and traffic safety,has attracted considerable attention.A string of vehicles equipped with adaptive cruise control (ACC)and moving longitudinally in an automated manner is regarded as an autonomous vehicle platooning system.During car following,the quality of the ride could be poor and rear-end collisions could occur, particularly if the spacing and velocity errors are amplified to some extent as they propagate upstream.Research on platoon stability has been the focus of significant interest.However,a method to coordinate multiple sub-objectives dynamically during autonomous vehicle platooning against multiple traffic scenarios has not yet been developed.In this study,a multi-objective ACC algorithm for cooperative adaptive cruise control (CACC)platooning based on vehicle-to-vehicle(V2V)real-time communication technology,which enabled the interconnection of vehicles within a limited range to share vehicle position and motion state information,was thus proposed.The quantization of homogeneous and heterogeneous platoon stability was analyzed on the basis of the Lyapunov stability theory. Furthermore,on the basis of the model predictive control framework,the coordination among various conflicting sub-objectives,such as 收稿日期：2019-05-21 基金项目：中国科学院科技服务网络计划资助项目(STS计划)：面向智能驾驶的新能源汽车电子开放平台建设与产业化资助项目(KF以 STS-ZDTP-045)协同式多目标自适应巡航控制 章军辉1,2,3)，李    庆1,2,3)，陈大鹏1,2,3) 苣 1) 中国科学院微电子研究所，北京 100029    2) 江苏物联网研究发展中心，无锡 214135    3) 无锡物联网创新中心有限公司，无锡 214135 苣通信作者，E-mail: dpchen@ime.ac.cn 摘    要    针对自动化高速公路（Automated highway system，AHS）车队稳定性问题，发展了一种多目标自适应巡航控制算法，根 据李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性理论对该问题进行了量化分析，并给出了同质与异质车队稳定性的设计要求，基于模型预测 控制（Model predictive control，MPC）理论，综合协调驾驶员期望响应、跟驰安全性、车队稳定性、车队整体品质等控制目标， 采用加权二次型性能泛函以及线性矩阵不等式约束的形式，将协同式多目标自适应巡航（Adaptive cruise control, ACC）设计问 题最终转化成带约束的在线凸二次规划问题. 仿真结果表明，相比单车 ACC 而言，协同 ACC 的约束空间更为严苛，车队互联 系统稳定性易受车间时距、车队规模、多目标权重、瞬态工况、车辆异质性等因素的影响，建议在跟驰安全性、车队稳定性良 好的前提下寻求一定的驾乘舒适性与燃油经济性，以确保车队整体品质. 关键词    自动化高速公路；车队稳定性；协同自适应巡航控制；模型预测控制 分类号    U461.91 Multi-objective  adaptive  cruise  control  (ACC)  algorithm  for  cooperative  ACC platooning ZHANG Jun-hui1,2,3) ，LI Qing1,2,3) ，CHEN Da-peng1,2,3) 苣 1) Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China 2) Jiangsu R&D Center for Internet of Things, Wuxi 214135, China 3) Wuxi Internet of Things Innovation Center Co., Ltd., Wuxi 214135, China 苣 Corresponding author, E-mail: dpchen@ime.ac.cn ABSTRACT    With the rapid progress of the automated highway system, the issue of platoon stability, which might significantly affect highway traffic characteristics, such as traffic efficiency, traffic capacity, and traffic safety, has attracted considerable attention. A string of  vehicles  equipped  with  adaptive  cruise  control  (ACC)  and  moving  longitudinally  in  an  automated  manner  is  regarded  as  an autonomous vehicle platooning system. During car following, the quality of the ride could be poor and rear-end collisions could occur, particularly if the spacing and velocity errors are amplified to some extent as they propagate upstream. Research on platoon stability has been the focus of significant interest. However, a method to coordinate multiple sub-objectives dynamically during autonomous vehicle platooning against multiple traffic scenarios has not yet been developed. In this study, a multi-objective ACC algorithm for cooperative adaptive cruise control (CACC) platooning based on vehicle-to-vehicle (V2V) real-time communication technology, which enabled the interconnection  of  vehicles  within  a  limited  range  to  share  vehicle  position  and  motion  state  information,  was  thus  proposed.  The quantization  of  homogeneous  and  heterogeneous  platoon  stability  was  analyzed  on  the  basis  of  the  Lyapunov  stability  theory. Furthermore, on the basis of the model predictive control framework, the coordination among various conflicting sub-objectives, such as 收稿日期: 2019−05−21 基金项目: 中国科学院科技服务网络计划资助项目（STS 计划）；面向智能驾驶的新能源汽车电子开放平台建设与产业化资助项目（KFJ￾STS-ZDTP-045） 工程科学学报，第 42 卷，第 4 期：423−433，2020 年 4 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 4: 423−433, April 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.21.002; http://cje.ustb.edu.cn