priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2026-69-5-395-406pribor-525Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, MANAGEMENT AND INFORMATION PROCESSINGСтратегия быстрого управления сходимостью ведомых автомобилей в колоннах с кооперативным адаптивным круиз-контролемRapid Convergence Control Strategy of Follower Vehicles in Cooperative Adaptive Cruise Control PlatoonsСулейманЛ.SuleimanL.

Лейла Сулейман — факультет систем управления и робототехники; мл. научный сотрудник, инженер

Санкт-Петербург 

Leila Suleiman — Department of Control Systems and Robotics; Junior Reseatcher, Engineer

St. Petersburg 

Leila.suleiman@itmo.ruЗименкоК. А.ZimenkoK. A.

Константин Александрович Зименко — канд. техн. наук; факультет систем управления и робототехники; доцент, ведущий научный сотрудник, заместитель исполнительного директора

Санкт-Петербург 

Konstantin A. Zimenko — PhD; Associate Professor, Leading Researcher, Deputy Executive Director

St. Petersburg 

konstantin.zimenko@itmo.ruВласовС. М.VlasovS. M.

Сергей Михайлович Власов — канд. техн. наук; доцент, ст. научный сотрудник

Санкт-Петербург 

Sergey M. Vlasov — PhD; Associate Professor, Senior Researcher

St. Petersburg 

smvlasov@itmo.ruУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian Federation202610062026695395406Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20262026Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/525

Анализ временных задержек в управляющих сигналах имеет важное значение для систем, работающих через беспроводные коммуникационные сети. Представлена новая стратегия управления системами кооперативного адаптивного круиз-контроля, основанная на методе устойчивости Ляпунова. Предложен подход, использующий свойства однородных систем для обеспечения быстрой сходимости, что гарантирует безопасную дистанцию между транспортными средствами в колонне, оснащенной такими системами круизконтроля. Результаты моделирования демонстрируют, что предложенный подход к управлению обеспечивает более высокую скорость сходимости и улучшенные показатели функционирования системы по сравнению с эталонными контроллерами, включая традиционные линейные контроллеры, и превосходит существующие методы, основанные на неявной функции Ляпунова.

The analysis of time delays in control signals is of particular importance for control systems operating over wireless communication networks, where communication latency may significantly affect stability and performance. A novel control strategy for cooperative adaptive cruise control systems based on the Lyapunov stability framework is presented. The proposed approach exploits the properties of homogeneous systems to achieve rapid convergence to the desired equilibrium state while ensuring the maintenance of a safe inter-vehicle distance within a vehicle platoon equipped with cooperative adaptive cruise control. Simulation results demonstrate that the proposed control approach achieves faster convergence and improved overall system performance compared with benchmark controllers, including conventional linear controllers and existing Implicit Lyapunov Function (ILF)-based methods.

временная задержка управлениябеспроводная связькооперативный адаптивный круизконтрольнеявная функция Ляпуновабыстрая сходимостьcontrol time delaywireless communicationcooperative Adaptive Cruise Controlimplicit Lyapunov functionfast convergencecтатья подготовлена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект № FSER-2025-0002.The article was prepared with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, project No. FSER-2025-0002.ReferencesHirche S., Buss. M. Human-oriented control for haptic teleoperation // Proc. of the IEEE. 2012. Vol. 100, N 3. P. 623–647.Hirche S., Buss. M. Proceedings of the IEEE, 2012, no. 3(100), pp. 623–647.Fridman E. Tutorial on Lyapunov-based methods for time-delay systems // European Journal of Control. 2014. Vol. 20, N 6. P. 271–283.Fridman E. European Journal of Control, 2014, no. 6(20), pp. 271–283.Fridman E. Introduction to Time-Delay Systems: Analysis and Control. Springer, 2014.Fridman E. Introduction to Time-Delay Systems: Analysis and Control, 2014.Hua C. C., Liu X. P. Delay-dependent stability criteria of teleoperation systems with asymmetric time-varying delays // IEEE Trans. on Robotics. 2010. Vol. 26, N 5. P. 925–932.Hua C. C., Liu X.P. IEEE Transactions on Robotics, 2010, no. 5(26), pp. 925–932.Zimenko K., Effimov D., Polyakov A., Kremlev A. Independent of delay stabilization using implicit Lyapunov function method // Automatica. 2019. Vol. 101. P. 103–110.Zimenko K., Effimov D., Polyakov A., Kremlev A. Automatica, 2019, vol. 101, рр. 103–110.Lefeber E., Ploeg J., Nijmeijer H. Cooperative adaptive cruise control of heterogeneous vehicle platoons // IFACPapersOnLine (21st IFAC World Congress). 2020. Vol. 53, N 2. P. 15217–15222.Lefeber E., Ploeg J., Nijmeijer H. IFAC-PapersOnLine (21st IFAC World Congress), 2020, no. 2(53), pp. 15217–15222.Wu L., Yang J., Han C., Liu L., Sun D. Model predictive cruise control of heterogeneous vehicle systems // Chinese Control and Decision Conf. (CCDC). 2019. P. 6131–6136.Wu L., Yang J., Han C., Liu L., Sun D. 2019 Chinese Control and Decision Conference (CCDC), 2019, рр. 6131–6136.Tang J., Xu J., Liu L. Robust h∞ MPC method for heterogeneous CACC system with communication delay // Measurement Science and Technology. 2025. Vol. 36. P. 056210.Tang J., Xu J., Liu L. Measurement Science and Technology, 2025, vol. 36, рр. 056210.Tan Y., Zhang K. Real-time distributed cooperative adaptive cruise control model considering time delays and actuator lag // Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2022. Vol. 2676. P. 036119812210917.Tan Y., Zhang K. Transportation Research Record: J. of the Transportation Research Board, 2022, vol. 2676, рр. 036119812210917.Lan J., Zhao D., Tian D. Low-latency robust MPC for CACC under variable road geometry // IFAC-PaperOnLine (21st IFAC World Congress). 2020. Vol. 53, N 2. P. 15116–15121.Lan J., Zhao D., Tian D. IFAC-PaperOnLine (21st IFAC World Congress), 2020, no. 2(53), pp. 15116–15121.Zhang C., Liu Y., Li Z. The stability for CACC system with time delays and reconstitution information of vehicles for compensating delays based on Bi-LSTM //Vehicular Communications. 2025. Vol. 51. P. 100868.Zhang C., Liu Y., Li Z. Vehicular Communications, 2025, vol. 51, рр. 100868.Gao H., Yen C. C., Zhang M. DRL based platooning control with traffic signal synchronization for delay and fuel optimization // Transportation Research Part C: Emerging Technologies. 2024. Vol. 163. P. 104655.Gao H., Yen C.C., Zhang M. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 2024, vol. 163, рр. 104655.Liu J., Wang Z., Hang P., Sun J. Delay-Aware Multi-Agent Reinforcement Learning for Cooperative Adaptive Cruise Control with Model-Based Stability Enhancement // IEEE 27th Intern. Conf. on Intelligent Transportation Systems (ITSC). 2024. P. 784–791. doi: 10.1109/ITSC58415.2024.10919632.Liu J., Wang Z., Hang P., Sun J. Delay-Aware Multi-Agent Reinforcement Learning for Cooperative Adaptive Cruise Control with Model-Based Stability Enhancement, (IEEE 27th International Conf. ITSC), 2024.Chen X., Zheng X., Zhai C., Chen C., Zimenko K. et al. Implicit Lyapunov functionbased formation control for heterogeneous vehicular platoons with time delays // Journal of Physics: Conf. Series. 2023. Vol. 2419. P. 012059.Chen X., Zheng X., Zhai C., Chen C., Zimenko K. et al. Journal of Physics: Conference Series, 2023, vol. 2419, рр. 012059.Adamy J., Flemming A. Soft variable-structure controls: a survey // Automatica. 2004. Vol. 40, N 11. P. 1821–1844.Adamy J., Flemming A. Automatica, 2004, no. 11(40), pp. 1821–1844.Polyakov A., Effimov D., Perruquetti W. Robust stabilization of MIMO systems in finite/fixed time // Intern. Journal of Robust and Nonlinear Control. 2016. Vol. 26, N 1. P. 69-90.Polyakov A., Effimov D., Perruquetti W. Intern. J. of Robust and Nonlinear Control, 2016, no. 1(26), pp. 69–90.Polyakov A., Effimov D., Perruquetti W. Finite-time and fixed-time stabilization: Implicit Lyapunov function approach // Automatica. 2015. Vol. 51. P. 332–340.Polyakov A., Effimov D., Perruquetti W. Automatica, 2015, vol. 51, рр. 332–340.Sheikholeslam S., Desoer C. Longitudinal control of a platoon of vehicles with no communication of lead vehicle information: a system level study // IEEE Trans. on Vehicular Technology. 1993. Vol. 42, N 4. P. 546–554.Sheikholeslam S., Desoer C. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 1993, no. 4(42), pp. 546–554.Feng S., Zhang Y., Li S.E., Cao Z., Liu H.X., Li L. String stability for vehicular platoon control: Definitions and analysis methods // Annual Rev. in Control. 2019. Vol. 47. P. 81–97.Feng S., Zhang Y., Li S.E., Cao Z., Liu H.X., Li L. Annual Reviews in Control, 2019, vol. 47, рр. 81–97.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.