高速公路卡车货物运输的能源消耗占我国能源消耗总量的比重逐年增大,随之而来的温室气体排放比例亦逐年增大,能源问题和环境问题日益凸显。为了降低卡车在高速公路的燃油消耗,近年来卡车队列行驶的方式逐渐被提出。本文以高精度卡车仿真软件Truck Sim数据库中已有的卡车模型为被控对象,结合模型预测控制算法,设计高速公路卡车队列行驶控制系统,并对高速公路卡车队列行驶的燃油经济性及安全性进行综合研究。对此,首先对高速公路卡车队列行驶控制的研究现状进行了解,分析近年来相关控制方案的优缺点;考虑到高速公路卡车队列行驶的实际情况,以发动机的扭矩特性Map及燃油特性Map为基础,绘制发动机关于发动机扭矩、转速、燃油消耗率的发动机燃油消耗3维Map,并以此建立了发动机燃油消耗的数值模型,并结合卡车高速行驶时的动力学特性建立卡车的车辆动力学模型,为卡车队列行驶控制系统的设计奠定了基础。队列行驶控制系统采用分层控制的控制结构,在考虑实际道路交通法规约束、车辆自身执行机构约束及货运时效性约束的前提下,通过非线性模型预测控制算法,以领航车辆当前的速度信息为状态变量,发动机输出扭矩为控制输入,设计卡车队列行驶上层控制器;在考虑车辆执行机构约束、队列实际行驶时的速度约束及车间距离安全性约束的前提下,基于非线性模型预测控制算法,以跟随车辆的速度信息为状态变量,控制加速度为控制输入,对下层控制器进行设计。为了验证本文所设计的上层控制器和下层控制器的有效性,设计多种仿真工况,包括不同路况有上层控制器作用和无上层控制器作用的对比验证、不同路况下下层控制器对期望速度跟踪效果的验证,从不同角度分别分析了上层控制器作用下燃油经济性的提升及下层控制器速度的跟踪特性。为了验证队列行驶整体控制系统的有效性,选用高精度仿真软件Truck Sim中的车辆模型作为被控对象,与在Matlab/Simulink中搭建的上下层控制器进行多车联合仿真,选取多组不同路况不同时速的仿真工况进行验证。同时考虑到卡车队列货物运输的实际情况,针对卡车队列车辆车型相同载重不同的情况重新设计卡车队列行驶整体控制系统,并在不同工况下验证当队列车辆载重量不同时车辆的行驶顺序对燃油消耗量的影响。