货运交通需求在世界范围内与日俱增,而有限的道路容量和严苛的政府排放法规,却逐渐成为全球交通行业所面临的挑战。随着信息技术的快速发展,利用车车通信实现重载卡车的自动化队列行驶,有助于应对这一挑战。车辆队列不仅可以通过减少拥堵、提升安全、增加道路容量来改善道路交通效能,还可以通过减小跟车间距来降低空气阻力,因而具有显著的节能优势。为挖掘这一优势,本研究提出一种分布式滑模控制(SMC)方法,旨在实现队列中车辆的精确跟踪。本研究建立了卡车队列仿真模型并设计了分布式滑模控制器,以实现队列成员车辆对期望车间距的跟踪。利用该模型研究不同的驾驶场景,并依据预定指标进行队列控制器的性能评价。(1)匀质队列仿真模型包括1辆领航车辆和10辆跟随车辆。车辆模型以五十铃重载卡车的纵向动力学为基础建立,对其进行了扩展,依据车间距和车辆位置考虑每一辆车空气阻力降低的影响。(2)通过雷达传感器和车车通信实现车间主动通信是队列操作的重要部分。仿真模型包括各类信息流拓扑结构,用于描述队列成员车辆间的通信关系。采用有向图对拓扑结构进行数学描述,用于定义每辆车的信息接收源,这些信息包括瞬时速度和力矩误差。(3)所设计的队列控制器分为两部分,即上层控制器和下层控制器。上层控制器为基于传动系统动力学的一阶传递函数所设计的分布式滑模控制器。其包括滑模面和依据信息流拓扑结构所设计的趋近率,输出为每辆车的期望驱动力矩。下层控制器采用车辆逆模型来补偿车辆动力学的非线性,输出为期望油门位置和制动系统输入。(4)分别在领航车辆匀速行驶工况和跟踪标准HHDDT循环行驶工况下进行仿真,其他队列成员车辆依据控制器输出进行跟踪。针对6种不同的拓扑结构,采用跟踪性能、交通平顺性、安全性和油耗为指标进行控制器性能评价。仿真结果显示,通过增加额外前车的信息流通常可以提升跟踪性能。此外,研究期望车间距对节油性能的影响。仿真结果显示,相比于5米的期望车间距情况,通过降低空气阻力,25m/s匀速行驶工况下的平均油耗可降低21.63%,循环行驶工况下的平均油耗可降低13.27%。