匝道合流场景下网联自动驾驶车辆分布式控制：一种虚拟旋转方法

在本研究中，我们提出一种基于旋转的网联自动驾驶车辆（CAV）分布式协同控制策略，用于匝道合流场景。通过假设主线与匝道为直线，我们首先设计了一种虚拟旋转方法，将合流问题转化为虚拟跟车（CF）问题，以降低协同 CAV 合流控制的复杂性与维度。基于该概念，构建了多前车虚拟 CF 模型与单向多领导者通信拓扑，以确定各 CAV 的纵向行为。具体而言，我们利用分布式反馈与前馈纵向控制器，主动为合流 CAV 生成间隙，减少合流造成的空档，并确保过程中的安全性与交通效率。为保障系统的扰动衰减特性，从数学上证明了虚拟 CF 控制器的实际串稳定性，以抑制交通流中的交通振荡放大。此外，作为将虚拟 CF 拓展至任意弯曲匝道几何应用场景的预备，我们利用曲线坐标对二维合流控制建模，并进一步基于扩展线性二次型调节器设计了局部横向控制器，以调节车道中心线的位置偏差与角度偏差。为系统评估所提方法的控制性能，进行了数值仿真实验。结果表明，所提控制器能主动减少空档，同时保证合流控制区内交通振荡的衰减。