随着社会的进步和电子商务的发展,我国物流运输行业正向着高质量的智慧物流、网络物流等方面扩展。然而,货运行业的快速发展导致了能源消耗加剧和司机短缺等问题。为降低商用车能源消耗和解决商用车司机短缺等问题,近年来,在智能化技术的推动下商用车队列行驶的方式逐渐被提出并成为研究热点。在燃油消耗方面,队列行驶可减少成员车平均行驶阻力进而有效降低能耗;在司机短缺方面,鉴于跟随车为自动驾驶,因此队列行驶不仅减少了备用驾驶员数量,而且可以有效解决驾驶员因长途跋涉存在的疲劳驾驶等问题,进而提升交通安全性。与此同时,队列行驶可以缩短行车间距,增加现有道路的交通流量,提高交通效率。商用车队列行驶虽然在降低燃油消耗、解决司机短缺等方面有显著的优势,但由于队列行驶时车间距过于紧密,若出现突发情况需紧急制动时,后排驾驶员难以在短时间内接管车辆进行应对,鉴于此,成员车之间可靠的安全性控制是目前研究中亟待解决的问题。针对商用车队列行驶时成员车之间的安全问题,在深入分析成员车前后排制动过程之后,以前后成员车之间避免追尾碰撞为目标,提出了基于紧急制动的安全间距策略。此外,为了提高对成员车的控制能力,设计了滑模加速度控制器,确保队列行驶的安全性。最后,将所提策略进行离线仿真并通过快速控制原型系统进行硬件在环验证。本文主要进行了以下工作:(1)建立基于前后排成员车紧急制动的安全间距模型。通过查阅国内外相关文献得知,现有队列目标间距策略往往结构简单,难以应对复杂工况,存在没有将路面附着系数和前车的制动情况等考虑在内的不足,而路面情况和前车制动情况直接关系到成员车之间的行车安全。该不足的存在不能保证队列的安全性,尤其是行驶在湿滑路面等低附着系数路面上,紧急制动时队列成员车之间易出现追尾情况。针对此不足,本文通过对车辆制动过程的深度分析,采用实时计算的方法来避免紧急制动停车时发生追尾,通过将前后成员车的路面附着系数、制动加速度和通讯延时等考虑在内,进而得出通讯延时间距、前后车制动距离、最小停车安全间距等,并基于此得到紧急制动安全距离模型。(2)对比分析国内外跟驰模型,并设计滑模加速度控制器。介绍了各种跟驰模型,分析了现有跟驰模型的优缺点,通过对比分析,采用对队列行驶工况适应性更强的全速度差跟驰模型(Full velocity difference,FVD)作为队列控制系统的跟车控制方式。由于现有跟驰模型需要大量数据的支持并且对行驶工况的适应也具有较多的局限性。本文针对队列行驶特点,通过融合纵向动力学模型设计了滑模变结构加速度控制控制器,计算队列行驶控制系统的期望加速度。通过对FVD模型、定时距变间距策略以及本文所提安全距离策略和滑模加速度控制器分别进行离线仿真,通过起步加速和制动停车工况仿真测试,对比结果发现,所提出的安全间距控制与滑模变结构控制相结合的控制策略具有更好的控制效果和更快的响应速度。(3)搭建队列成员车仿真模型和仿真工况。通过MATLAB和TruckSim软件联合仿真,设计并进行了高附路面的加减速工况仿真和对接路面的紧急制动工况仿真,仿真结果显示所提队列控制系统具有较好的实时性,在对接路面情况下紧急制动时可以有效地防止追尾碰撞事故的发生,保障行车安全。(4)搭建具有实车制动系统的硬件在环(HardWare-in-the-Loop test bench,HIL)试验台架。鉴于实际中硬件的复杂性和气压制动中气压滞后等特点,为进一步验证所提队列控制系统的有效性及实时性搭建了HIL试验台架。将电控气压制动系统中的制动器、各个阀体等执行器嵌入到快速控制原型(Rapid Control Prototype,RCP)系统和实时测试NI平台中。实验中领航车由实际的驾驶员在试验台的驾驶模拟器上通过踩踏电子油门踏板、制动踏板以及转动转向盘使被控对象在TruckSim实时道路场景中行驶,同时,基于目标车间距,通过RCP系统对TruckSim模型中后排成员车进行队列跟随控制。通过HIL仿真试验结果显示,所提控制系统可以有效地保障行车安全,防止追尾碰撞事故的发生。