自动卡车编队的安全且经济高效的纵向控制
最优化与控制
2025-11-18 v1
摘要
本文提出了一种用于自动卡车编队的层次化纵向控制架构，同时解决了安全性、链式稳定性和经济效率的问题。该框架集成了高频率安全投影滤波器、基于滞后感知的比例-积分-微分 (PID) 控制器的间距调节层，以及平滑时 scale 的经济优化器，用于平衡燃油消耗和行程时间。安全层通过强制执行基于速度感知的头程约束来保证在受限执行延迟下的碰撞避免，通过高阶控制阻挡函数实现前向不变性。调节层将间距误差动力学形成二阶形式，具有可解释的参数用于阻尼和固有频率，同时显式考虑执行滞后。在宏观层面，燃油消耗通过牵引功率关系建模，捕捉了紧密间距的气动优势，使其能够在舒适性和能源权衡下优化速度轨迹。我们证明，在无扰动条件下，闭环动力学收敛于相对速度模型的最优速度模型 (OVRV)，并推导了编队稳定时间的 worst-case 上界。数值案例研究表明，所提出的设计在瞬态行为和长期能源效率方面优于规范基准控制器。
引用
@article{arxiv.2511.12336,
title = {Safe and Operationally Efficient Longitudinal Control of Autonomous Truck Platoons},
author = {Alexander Hammerl and Ravi Seshadri and Thomas Kjær Rasmussen and Otto Anker Nielsen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.12336},
year = {2025}
}