智能交通：连接与自动化车辆的动态建模与分布式控制

"Dynamical Modeling and Distributed Control of Connected and Automated Vehicles" 本文主要探讨了连接与自动化车辆（Connected and Automated Vehicles, CAVs）的动态建模及其分布式控制在公路运输中的应用，尤其关注车队（platooning）如何通过增强安全、优化交通效率和降低油耗来彻底改变道路交通。分布式控制策略在协调多个CAV时无需集中化的通信和计算，因此具有可扩展性。 首先，文章引入了一个分解框架来建模、分析和设计车队系统。这个框架将车队分为四个相互关联的组成部分： 1) 节点动力学：这是指单个车辆的动力学模型，包括车辆的速度、位置和加速度等动态特性。这些模型通常基于物理定律和车辆工程原理建立。 2) 信息流网络：这部分讨论了车辆间如何通过无线通信交换信息，如速度、位置和方向等，以实现协调行驶。 3) 分布式控制器：控制器设计是关键，它根据接收到的信息调整每个车辆的行为，确保车队的整体稳定性和协调性。这里提到了几种常见的分布式控制技术，如线性共识控制、分布式鲁棒控制、分布式滑模控制和分布式模型预测控制。 4) 几何形成：车辆间的相对位置和间距决定了车队的几何形态，这对保持队形稳定性和安全性至关重要。 接着，文章讨论了四个主要的性能指标： - 内部稳定性：确保车队内的每个车辆都能稳定运行。 - 稳定裕度：衡量系统在扰动下保持稳定的能力。 - 字符串稳定性：指的是车队中后车对前车运动变化的响应，如果后车能平滑地跟随前车变化，即认为是字符串稳定的。 - 协调行为：描述车辆间行为的一致性，如速度和加速度的同步。 此外，文章还提及了研究背景和资助情况，包括中国国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持，以及部分作者的研究背景和联系方式。 这篇论文深入研究了CAV车队的动态建模和分布式控制策略，提供了理论基础和现有技术的概述，对于理解CAV车队控制系统的复杂性和设计高效控制算法具有重要意义。