随着智能交通技术的发展与应用,自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control,ACC)逐渐发展与升级为协同式自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control,CACC)。CACC是一种基于车车和车路通信技术,通过车辆间的信息交互实现队列协同巡航控制,在保证安全性的基础上缩短跟车间距,减少交通能耗和提高交通安全性和通行效率。但是在CACC系统中跟车误差、相对速度和加速度存在一定的约束范围,如果加速度沿队列向后波动放大而违反了饱和约束边界,会导致后车加速度不断增大,系统失去队列稳定性而引起交通事故。因此,本文以CACC系统作为研究对象,建立具有输入饱和(加速度饱和)的车间纵向运动学模型,基于参量Lyapunov方程低增益设计方法研究了CACC系统的饱和控制问题,进而有效地避免系统出现饱和现象,提高系统的稳定性。本文主要工作如下:1.针对CACC系统中输入饱和问题,建立了具有饱和非线性的车间纵向运动学模型,基于参量Lyapunov方程低增益设计方法设计饱和控制器。同时针对系统安全性和舒适性,结合线性二次最优控制进行指标优化得到最优解。为了验证控制算法的有效性,在Simulink中进行了匀质和异质队列仿真。仿真结果表明:所提算法不仅协调优化了安全性和舒适性指标,而且避免了系统饱和现象的发生,实现了系统的稳定性。2.针对CACC系统中通讯和传感器的干扰以及车辆运行环境的复杂化引起的系统不确定性,建立了具有饱和非线性和叠加不确定性的车间纵向运动学模型,基于低增益设计方法和动态增益调度设计鲁棒饱和控制器,实现了系统在输入饱和下的鲁棒性。为了验证控制器的有效性,在Simulink中进行了匀质和异质队列仿真。仿真结果表明:鲁棒饱和控制器不仅避免了输入饱和的出现,而且增强了系统的鲁棒性。3.为了进一步验证所设计控制器的有效性,采用CACC系统分层式控制策略,其中上层控制器采用鲁棒饱和控制器。与此同时,在Simulink中搭建车辆驱动/制动逆向动力学模型和驱动/制动切换逻辑得到下层控制器。其次在PreScan中搭建仿真测试场景、信息感知层和车辆动力学模型。然后联合PreScan和Simulink进行仿真,仿真结果表明:鲁棒饱和控制器不仅提高了系统的安全性和舒适性,而且实现了系统良好的跟车效果。