用于前车引领跟随车辆编队的静态输出-反馈LQR控制方法，并通过减少空气动力阻力来分析其能量效率

《IEEE Open Journal of Intelligent Transportation Systems》：Static Output-Feedback LQR Control for Predecessor-Leader Following Vehicle Platooning with Energy Efficiency Analysis via Aerodynamic Drag Reduction

　　

摘要：

车辆编队行驶是智能交通系统的一项重大进展，它有潜力优化交通流量、提高道路安全并降低能源消耗。通过使车辆以紧密的编队形式行驶，编队行驶可以减少空气动力阻力，从而实现显著的能耗节省。本文提出了一种基于静态输出反馈的线性二次调节器（LQR）控制策略，用于在前车引导（PLF）拓扑结构下的车辆编队控制。该控制器采用分散式设计，仅使用局部输出数据进行控制，确保了系统的可扩展性和鲁棒性，同时无需了解编队的完整状态信息。控制器设计被构建为一个线性矩阵不等式（LMI）优化问题，根据李雅普诺夫（Lyapunov）和H∞准则确保了车辆编队的闭环稳定性和鲁棒性。仿真结果表明，在由五辆跟随车辆组成的编队中，与自适应巡航控制（ACC）相比，所提出的方法能够提高交通流量并实现高达25%的能耗节省。其性能可与基于模型预测控制（MPC）的协同自适应巡航控制（CACC）解决方案相媲美，但计算和通信开销显著较低，因为所提出的控制器是离线设计的。这些结果证明了静态输出反馈控制方法作为实时车辆编隊控制的实际且节能解决方案的有效性。