极限工况下ACC汽车队列的非线性动力学稳定性

doi:10.3901/JME.260584

机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (14): 313-324.doi: 10.3901/JME.260584

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极限工况下ACC汽车队列的非线性动力学稳定性

杨秀建^1,2, 吴相稷², 王申义²

1. 昆明理工大学交通工程学院昆明 650500;
2. 昆明理工大学机电工程学院昆明 650500

收稿日期:2025-08-01 修回日期:2026-01-05 发布日期:2026-08-29
作者简介:杨秀建(通信作者)，男，1980年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为先进汽车设计技术、车辆动力学及其控制技术、智能汽车与智能交通技术。E-mail：yangxiujian2013@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(62563020，52575118)和云南省智能网联交通国际联合实验室(202503AP140016)资助项目。

Nonlinear Dynamic Stability of the ACC Platoon Under Critical Conditions

YANG Xiujian^1,2, WU Xiangji², WANG Shenyi²

1. Faculty of Transportation Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500;
2. Faculty of Mechanical and Electrical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500

Received:2025-08-01 Revised:2026-01-05 Published:2026-08-29

摘要/Abstract

摘要： 针对典型的ACC汽车队列，考虑队列车辆轮胎力的非线性饱和特性，研究极限工况下队列的非线性动力学稳定性。建立了队列-个体车辆耦合非线性动力学系统，基于控制增益参数平面分析了行驶工况、车辆物理参数、队列跟驰参数等对平衡点稳定性、队列弦稳定性的耦合影响机制，在此基础上提出了个体车辆动力学与队列跟驰协调控制的思想并进行了分析评价。结果表明：极限工况下考虑轮胎力非线性饱和特性的实际的队列控制增益设计范围是非常有限的；弦稳定性相对平衡点稳定性要求更为苛刻，保证各车辆的平衡点稳定性是实现队列弦稳定的基础，而控制增益设计在满足平衡点稳定性与弦稳定性之间存在冲突；基于个体车辆动力学和队列跟驰控制进行协调控制的思想，可显著提升极限工况下队列的稳定性和动态性能。

关键词: 汽车队列, 非线性动力学, 自适应巡航控制, 队列控制, 稳定性分析, 协调控制

Abstract: Considering the nonlinear saturation characteristics of tire forces of individual vehicles for the typical ACC platoon, this paper investigates the nonlinear dynamic stability of the vehicular platoon under critical conditions. A platoon-vehicle coupling nonlinear dynamics system is established, and the coupling influence mechanism of driving conditions, vehicle physical parameters, and platoon parameters on the equilibrium stability and string stability is analyzed based on the control gain parameter plane, then the idea of coordinated control between individual vehicles dynamics and the platoon following is proposed, analyzed and evaluated. The results show that the actual design range of platoon control gains are very finite under critical conditions by considering the nonlinear saturation characteristics of tire forces. The string stability is more stringent than the equilibrium stability, and ensuring the equilibrium stability of each vehicle is the basis for achieving the string stability of the platoon. However, there is a conflict between the equilibrium stability and string stability in the design of control gains. The idea of coordinated control based on individual vehicle dynamics and platoon following control can significantly improve the stability and dynamic performance of the platoon under critical conditions.

Key words: vehicular platoon, nonlinear dynamics, adaptive cruise control, platoon control, stability analysis, coordinated control

中图分类号:

U461

杨秀建, 吴相稷, 王申义. 极限工况下ACC汽车队列的非线性动力学稳定性[J]. 机械工程学报, 2026, 62(14): 313-324.

YANG Xiujian, WU Xiangji, WANG Shenyi. Nonlinear Dynamic Stability of the ACC Platoon Under Critical Conditions[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2026, 62(14): 313-324.

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