无线自主车辆队列系统的联合通信与控制

自主车辆队列将在改善未来智能城市的道路安全方面发挥重要作用。自主队列中的车辆可利用车对车(V2V)通信从周围车辆收集速度与加速度等信息，以维持目标速度和车辆间距。然而，由于车载数据处理速率的动态性以及无线信道的不确定性，队列内的 V2V 通信会经历延迟。这种延迟会削弱车辆稳定队列运行的能力。本文提出一种新颖框架，在联合考虑无线网络延迟与车辆控制系统稳定性的同时优化队列运行。首先，对控制系统进行稳定性分析，推导出可防止控制系统失稳的最大无线系统延迟需求。随后，进行延迟分析以确定端到端延迟，包括无线网络中 V2V 链路的排队、处理与传输延迟。接着，利用所得延迟，推导出无线系统可靠性（定义为无线系统满足控制系统延迟需求的概率）的下界与近似表达式。然后，优化控制参数以最大化所得无线系统可靠性。仿真结果验证了分析推导，并研究了队列规模等参数对车辆队列可靠性性能的影响。更重要的是，仿真结果揭示了集成控制系统与无线网络设计的好处，同时为设计自主队列以实现所需无线网络可靠性与控制系统稳定性提供了指导。