一种防御拒绝服务网络攻击的智能电动车编队控制方法

1.本发明属于汽车智能安全与自动驾驶领域，特别是涉及一种防御拒绝服务网络攻击的智能电动车编队控制方法。


背景技术：

2.随着道路上车辆数量的增加，交通拥堵以及随之衍生的道路事故问题日趋严峻，这不仅提高了人们的出行成本和出行风险，也增加了车辆由于频繁启停而造成的能源消耗。作为智能交通系统领域的一个重要分支，智能电动车编队技术能有效缓解能源浪费问题，并在解决道路拥堵和交通事故问题等方面，具有巨大的应用潜力。
3.智能电动车编队控制技术是指汽车纵向队列中的每一辆车基于其他车辆发送的行驶信息来实时调整自身的行驶姿态，进而确保相邻车辆具有期望的间距以及与领航车辆相一致的速度。文献1(l.zuo,p.wang and m.yan,et al.platoon tracking control with road-friction based spacing policy for nonlinear vehicles[j].ieee transactions on intelligent transportation systems,2022,23(11):20810-20819.)提出一种用于在考虑道路摩擦系数行驶状况下的非线性智能电动车编队控制方法。文献2(y.zheng,m.xu and s.wu,et al.development of connected and automated vehicle platoons with combined spacing policy[j].ieee transactions on intelligent transportation systems,2023,24(1):596-614.)提出一种基于混合间距策略的车辆编队分布式控制方法。
[0004]
在开放通信网络下，智能电动车编队的信息传输通道可能会被拒绝服务(denial of service,dos)攻击所截断，进而影响信息的传递。同时，由于车辆特性变化、环境扰动等因素的影响，车辆在行驶过程中不可避免地会存在外部干扰。这些因素可能会破坏编队系统的稳定性，并引发交通事故。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是为解决现有技术中对于存在dos攻击和外部干扰的车辆编队控制问题，提供一种防御拒绝服务网络攻击的智能电动车编队控制方法。基于所设计的状态误差观测器，针对电动车辆纵向队列系统设计出一种仅依赖相对输出信息进行更新的切换式控制器，进而有效防御dos攻击给队列系统带来的信息传输隐患，同时抑制外部干扰，实现编队控制的性能指标。
[0006]
本发明包括以下步骤：
[0007]
步骤1：车辆队列由n+1辆车组成，编号为0,
…
,n，其中，0号车为领航车辆，1,
…
,n号车为跟随车辆；通过车载传感器以及v2x无线通信网络分别实时采集自车的行驶运动状态信息以及前车和领航车辆的输出信息；
[0008]
第一步，通过车载传感器和gps实时感知自车的状态信息，即进行位置的确定，并且测量行驶速度和加速度，计算自车的输出信息；
[0009]
第二步，自车通过v2x无线通信网络与队列中的领航车以及其他跟随车进行信息交互，实时接收相应的车辆输出信息，将自车的输出信息广播出去；
[0010]
步骤2：设计单个车辆的线性化动力学模型，结合利用车载传感器和v2x无线通信网络得到的信息，建立具有外部干扰的单车纵向控制模型；
[0011]
第一步，使用牛顿第二定律推导出单个车辆的非线性纵向动力学表达式，基于逆模型补偿技术进行反馈线性化，求出单个车辆的线性化纵向动力学模型；
[0012]
第二步，将自车的位置、速度和加速度信息作为状态向量，考虑系统的外部干扰项，建立单个车辆的纵向运动模型；
[0013]
步骤3：基于图论知识，表征队列系统通信拓扑的结构，给出所考虑的dos攻击模型；
[0014]
第一步，使用图论知识来描述队列系统的通信拓扑结构；
[0015]
第二步，提出dos攻击模型，给出攻击频率与攻击长度比例这两个重要描述指标；
[0016]
步骤4：设计误差观测器模型，并建立在dos攻击和外部干扰下的车辆编队切换式安全控制器，实时计算编队控制所需的车轮电机驱动力矩；
[0017]
第一步，建立误差观测器，分别设计通信正常与遭受攻击时的子控制器，并将其代入编队模型，建立由两个子系统组成的车辆队列闭环误差控制系统；
[0018]
第二步，基于所构建的队列闭环误差系统，建立智能电动车编队控制的目标函数；
[0019]
第三步，基于lyapunov稳定理论和线性矩阵不等式方法，给出切换式安全控制协议实现队列闭环误差系统稳定性的条件，得到控制器增益矩阵的设计方法；
[0020]
第四步，将安全控制器代入步骤2中的单车纵向控制模型，实时计算车辆的车轮期望驱动力矩，实现智能电动车的编队控制。
[0021]
本发明利用车载传感器以及v2x无线通信系统来实现自身和其他车辆的信息交互，采取逆模型补偿和反馈线性化的技术，建立具有外部干扰的车辆队列闭环控制模型，设计一种基于观测器模型的防御dos攻击的切换式队列鲁棒控制方法。本发明提出一种仅基于相对输出信息的切换式安全控制协议，实现队列系统的稳定性，确保队列中每辆汽车的期望车车间距以及期望行驶速度。
附图说明
[0022]
图1为本发明的一种dos攻击下的智能电动车编队控制系统示意图。
[0023]
图2为本发明的一种dos攻击下的智能电动车编队通信拓扑变化的示意图。
[0024]
图3为本发明的一种防御dos攻击的单车内部切换式控制系统流程框图。
[0025]
图4为本发明的一种dos攻击影响下的队列通信拓扑图。
[0026]
图5为本发明的一种在dos攻击影响下队列系统控制的仿真结果图。
具体实施方式
[0027]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下实施例将结合附图对本发明进行作进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028]
如图1所示，考虑一个由1辆领航车辆和n辆跟随车辆组成的智能电动汽车队列，在
开放通信网络下，车辆之间的基于通信模块(包含v2x无线通信网络、传感器测量和广播)传输信息，该通道可能会被外部dos攻击截断，进而影响信息的传递。同时，由于车辆特性变化、环境扰动等因素的影响，车辆的感知模块在行驶过程中不可避免地会存在外部干扰wi(t)。在能量受限的情况下，dos攻击的作用时间段可划分为因受到攻击而通信中断时间和通信正常时间。在通信中断时间内，车辆无法收发信息。本设计基于状态误差观测器，设计一套切换控制方案(包含安全控制器和反馈控制器)来产生控制信号，从而实现dos攻击和外部干扰存在下的车辆队列系统稳定性。如图2所示，在dos攻击下，车辆队列通信拓扑是会随机变化的，从中可以看出，当φ(t)＝1以及φ(t)＝2时，车辆1与车辆n-1分别被袭击。如图3所示，本设计针对外部干扰和dos攻击下的车辆纵向编队系统，基于误差观测器设计一套切换式安全控制方案，实现车辆队列系统的稳定。
[0029]
本发明实施例具体包括以下步骤：
[0030]
步骤1：车辆队列由n+1辆车组成，编号为0,
…
,n，其中，0号车为领航车辆，1,
…
,n号车为跟随车辆。通过车载传感器以及v2x无线通信网络实时获取自车的行驶运动状态信息、前车和领航车辆的输出信息。
[0031]
步骤1.1：通过车载传感器和gps实时测量自车的行驶状态信息，主要包括距离信息、速度信息以及加速度信息，并计算自车的输出信息。
[0032]
步骤1.2：通过v2x无线通信网络，实时接收领航车辆和其他跟随车辆的输出信息，并发送自身的输出信息。
[0033]
步骤2：设计出单个车辆的动力学模型，并结合利用车载传感器感知到的信息，建立具有外部干扰项的反馈线性化模型。
[0034]
步骤2.1：根据车辆的纵向动力学分析，利用牛顿第二定律进行推导，可以得到队列中第i辆电动车辆的非线性纵向动力学模型，
[0035]fd,i
(t)-f
c,i
(t)-migμi＝m
iai
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0036][0037][0038][0039]
其中，f
d,i
(t)表示车辆实际的驱动力，f
c,i
(t)表示空气阻力，t
d,i
(t)表示车辆实际的驱动力矩，t
de,i
(t)表示车辆的期望驱动力矩，mi为车辆质量，g为重力加速度常数，μi为滚动阻力系数，r
a,i
为轮胎半径，cc为空气阻力系数，ρc为空气密度，s
c,i
为车辆迎风面积，vi(t)为车辆速度，τi为车辆动力学的时间常数。
[0040]
使用逆模型补偿技术进行反馈线性化，将车辆的期望力矩设计为：
[0041][0042]
结合(1)(2)(3)(4)(5)，并假设队列中车辆动力学为同构，即τi＝τ＞0，考虑可能存在的外部干扰项，可以得到第i辆电动汽车的反馈线性化模型：
[0043][0044]
其中，ai为车辆加速度，ui为控制输入，wi为外部扰动。
[0045]
步骤2.2：将自车的位置、速度和加速度作为状态向量：考虑系统的外部干扰项，建立第i辆智能电动车的反馈线性化模型：
[0046][0047]
其中，为系统输出；为满足(a,c)是可观测的输出矩阵；同时，存在正常数θ，使得‖ωi‖2＜θ；定义领航车辆的反馈线性化模型为：
[0048][0049]
步骤3：使用图论理论来建立车辆队列系统的通信拓扑结构，并建立随机dos攻击模型；
[0050]
步骤3.1：对于由1辆领航cv(标记为0)以及n辆跟随cv(分别标记为1
…
n)组成的车辆队列系统，定义有向图其中，代表队列中cv的集合，代表cv之间具有直接连通关系的边的集合。边(i,j)∈ε表示车辆j可以接收到车辆i的信息，且车辆j在车辆i的领域内。有向图中的信息流关系可引用代数图理论中的邻接矩阵和拉普拉斯矩阵来表征，它们分别定义为：
[0051][0052]
步骤3.2：dos攻击能瘫痪相应拓扑边的通信机能，而该拓扑边在攻击结束之前，都将不能进行信息的传递。当车辆i遭受dos攻击时，与i相连的所有信息拓扑都会在断开，并在恢复连接。定义分段常数函数φ(
·
)来表示攻击信号：
[0053][0054]
此时，表队列系统的通信拓扑图为相应地，邻接矩阵以及拉普拉斯矩阵分别
表示为以及并有此外，假设通信正常时的拓扑图总是包含以领航车辆为节点的有向生成树。令dos攻击对车辆队列系统在时间间隔[t0,)上的总攻击时长与总攻击次数分别表示为ta[t0,)和na[t0,)，并简写为ta和na。则攻击长度比例t
l
和攻击频率af可分别定义为ta/(t-t0)以及na/-t0)。
[0055]
特别地，由于具有有向生成树，则为非奇异m矩阵；此时存在γ＝diag{γ1,
…
,n}＞0使得其中，且所有中的特征值都是正的，所有的特征值都是实数，j＝2,
…
,k。定义,k。定义
[0056]
步骤4：设计仅基于相对输出信息的观测器模型，并给出防御dos攻击的切换式安全控制协议，实时计算车辆编队控制所需的车轮电机驱动力矩。
[0057]
步骤4.1：设队列误差变量ei＝x
i-x
0-d
i0
，相对状态误差变量，相对状态误差变量给出如下的状态误差观测器
[0058][0059][0060]
其中，w＝-b[(cb)
t
(cb)]-1
(cb)
t
,＝i+wc,且为使得ra-ξc稳定的参数矩阵；d
ij
＝[di′
,j
00
t
,di′
,j
为车辆i,j的车头间距,定义为为相邻两辆电动车辆的固定车头间距，为车身长度。令则由rb＝0得：
[0061][0062]
基于所设计的观测器模型，建立如下所示的切换式安全控制器：
[0063][0064]
其中，q＞0为耦合强度系数，f和和为待设计的增益矩阵，i＝1,
…
,n。结合上式可得：
[0065][0066]
其中，
由于则通过运算可以得到：
[0067][0068]
改写(13)式为：
[0069][0070]
其中，由于根据(16)-(17)可得：
[0071][0072]
步骤4.2：对于包含1辆领航车辆(8)以及n辆跟随车辆(7)的汽车队列系统，当该系统遭受dos攻击以及外部干扰的影响时，设计一个基于相对输出信息的安全控制器(14)，令其在任意的情况下，存在使得下式成立：
[0073][0074]
此时，车辆队列系统是可以实现稳定的。
[0075]
步骤4.3：构造李雅普诺夫函数：
[0076][0077]
其中，其中，为待设计的常数。当受到dos攻击以及外部干扰wi(t)的影响时，车辆队列闭环系统(18)实现稳定性的条件为：
[0078]
若f＝-b
t
q-1
,且q＞κ/μm，且对于任意t＞t0,攻击长度比例t
l
和攻击频率af分别满足:
[0079][0080][0081]
其中，以及为下列lmi的可行解：
[0082]
aq+qa
t-κbb
t
+vmωω
t
+ρ1q＜0，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(23)
[0083][0084]
其中，ρ1＞0,ρ2＞0,κ＞0为正常数。ρ3＞0为满足下列lmi的解：
[0085][0086]
其中，p＞0,o2＞0,ρ＝min{ρ1,ρ3}，且满足证明：对v1求导,结合式(18)可得：
[0087][0088]
对上式最后一项使用杨氏不等式，可得：
[0089][0090]
一方面，由于q-1
bb
t
q-1
以及q-1
ωω
t
q-1
是对称的，由相关引理可得：
[0091][0092]
其中，
[0093]
1)当系统处于通信时间段时，即当时，有结合(28)，此时有：
[0094][0095]
将式(29)回代式(26)，结合式(23)可得：
[0096][0097]
其中，类似的，对v2和v4求导，结合(25)可得：
[0098][0099]
其中，故时，结合式(30)和式(31)可得：
[0100][0101]
其中，易知则由相关引理可知，ψ＜0，当且仅当：
[0102][0103]
同时，π1＜0等同于：
[0104][0105]
结合式(32)-(34)可知：
[0106][0107]
其中，ρ＝min{ρ1,ρ3}。
[0108]
2)当系统处于攻击时间段时，即当时，类似于式(30)，对v3求导，结合相关引理与式(24)可得：
[0109][0110]
其中，类似于式(31)，结合式(36)可得：
[0111][0112]
其中，由相关引理可知，当且仅当：
[0113][0114]
同时，π2＜0等同于：
[0115][0116]
其中，考虑(37)-(39)，可以得到：
[0117][0118]
其中，
[0119]
3)综合分析。令以及由于当时，根据式(35)有
[0120][0121]
当时，根据式(40有：
[0122][0123]
考虑式(41)和(42)，可以得到：
[0124][0125]
对于时，考虑式(43)，可以得到：
[0126][0127]
对于时，考虑式(43)，可以得到：
[0128][0129]
根据式(44)和(45)可知：
[0130][0131]
其中，c＝1或c＝1/η。将(21和(22代入(46可得：
[0132][0133]
即队列系统分布式误差变量δ最终一致有界，此时车辆队列系统可以实现稳定。
[0134]
步骤4.4：所求得的控制器代入反馈线性化策略(5)，即可求出实时的期望控制力矩，实现相应的车辆控制。
[0135]
考虑一个由1辆领航车辆和6辆跟随车辆组成的车辆队列，车辆的动力学模型分别由式(7和(8给出，其初始状态值是随机选取的。同时，领航车辆的稳定行驶速度被设置为25/，车车间距被设置为d
′
＝10。外部干扰量w0以及wi使用可以随机选择振幅的时间正弦或余弦函数进行模拟。外部干扰在车辆队列的整个行驶过程中都是持续存在的。
[0136]
假设队列系统收到随机分布式dos攻击的影响，即每辆车辆都可能遭受相互独立的dos攻击。一般情况下，每辆车辆都能正常收发信息。当车辆遭受dos攻击时，车辆将无法获取来自其他车辆的信息，并无法广播自身的行驶数据。在仿真过程中，假设车辆1与车辆3遭受了恶意攻击，如图4所示。当队列系统通信正常时，通信拓扑图如图4中的(a)所示。当队列系统遭受dos攻击时，通信拓扑如图中的(b)与(c)所示，即当φ(t)＝2以及3时，车辆1以及车辆3分别被攻击。
[0137]
令κ＝2.7,ρ1＝1.9,ρ2＝0.3,ρ
*
＝0.75.选取耦合增益增益矩阵f＝[-0.2500-1.0433-0.1900]。由式(12和(14，可以分别求得误差观测器与切换式安全控制器。所有车辆的观测器的初始值是随机选择的。此外，由式(21)可知，攻击长度比例最大允许为0.5227。
[0138]
在此处，设置dos攻击的最大攻击长度比例为t
l
＝0.5，同时将模拟最苛刻的攻击环境，即每次发起的dos攻击都处于其最大的攻击长度比例水平(均为0.5)。对于每一个时间间隔[n,n+1)，假设：
[0139]
其中n＝0,1,2,
…
。
[0140]
从图5可知，在上述的dos攻击下，车辆队列系统应用本发明提出的切换式安全控制器在约10s内实现系统稳定性，即跟随车辆的距离误差、速度误差曲线成功收敛至零，速度和加速度轨迹曲线成功完成对领航车辆的跟随。同时，在外部干扰始终存在的情况下，车辆的加速度曲线仍然保持着平整，未出现大范围抖动。这体现本发明提出的分布式控制器具有良好的鲁棒性能。
[0141]
补充对本发明技术效果的实验数据验证。以证明本发明解决了前述现有技术存在的问题，实现了所述的技术效果。

技术特征：
1.一种防御拒绝服务网络攻击的智能电动车编队控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：车辆队列由n+1辆车组成，编号为0,
…
,n，其中，0号车为领航车辆，1,
…
,n号车为跟随车辆；通过车载传感器以及v2x无线通信网络分别实时采集自车的行驶运动状态信息以及前车和领航车辆的输出信息；步骤1.1：通过车载传感器和gps实时测量自车的行驶状态信息，进行位置的确定，包括距离信息、速度信息以及加速度信息，计算自车的输出信息；步骤1.2：自车通过v2x无线通信网络与队列中的领航车以及其他跟随车进行信息交互，实时接收相应的车辆输出信息，将自车的输出信息广播出去；步骤2：设计单个车辆的反馈线性化模型，结合利用车载传感器和v2x无线通信网络得到的信息，建立具有外部干扰的单车纵向控制模型；步骤2.1：使用牛顿第二定律推导出单个车辆的非线性纵向动力学表达式，基于逆模型补偿技术进行反馈线性化，求出单个车辆的线性化纵向动力学模型；步骤2.2：将自车的位置、速度和加速度信息作为状态向量，考虑系统的外部干扰项，建立单个车辆的纵向运动模型；步骤3：基于图论知识，表征车辆队列系统通信拓扑结构，建立随机dos攻击模型；步骤3.1：使用图论知识来描述队列系统的通信拓扑结构；对于由1辆领航cv(标记为0)以及n辆跟随cv(分别标记为1
…
n)组成的车辆队列系统，定义有向图其中，代表队列中cv的集合，代表cv之间具有直接连通关系的边的集合；边(i,j)∈ε表示车辆j可以接收到车辆i的信息，且车辆j在车辆i的领域内；有向图中的信息流关系引用代数图理论中的邻接矩阵中的信息流关系引用代数图理论中的邻接矩阵和拉普拉斯矩阵来表征，分别定义为：步骤3.2：提出dos攻击模型，给出攻击频率与攻击长度比例这两个重要描述指标；dos攻击能瘫痪相应拓扑边的通信机能，而该拓扑边在攻击结束之前，都将不能进行信息的传递；当车辆i遭受dos攻击时，与i相连的所有信息拓扑都会在断开，并在恢复连接；定义分段常数函数φ(
·
)来表示攻击信号：此时，表队列系统的通信拓扑图为相应地，邻接矩阵以及拉普拉斯矩阵分别表示为以及并有此外，假设通信正常时的拓扑图总是包含以领航车辆为节点的有向生成树；令dos攻击对车辆队列系统在时间间隔[t0,t)上的总攻击时长与总攻击次数分别表示为t
a
[t0,t)和n
a
[t0,t)，并简写为t
a
和n
a
；则攻击长度比例t
l
和
攻击频率a
f
分别定义为t
a
/(t-t0)以及n
a
/(t-t0)；步骤4：设计误差观测器模型，并建立在dos攻击和外部干扰下的车辆编队切换式安全控制器，实时计算车辆编队控制所需的车轮电机驱动力矩；步骤4.1：建立误差观测器，分别设计通信正常与遭受攻击时的子控制器，并将其代入编队模型，建立由两个子系统组成的车辆队列闭环误差控制系统；步骤4.2：基于所构建的队列闭环误差系统，建立智能电动车编队控制的目标函数；步骤4.3：基于lyapunov稳定理论和线性矩阵不等式方法，给出切换式安全控制器实现队列闭环误差系统稳定性的条件，得到控制器增益矩阵的设计方法；步骤4.4：将安全控制器代入步骤2中的反馈线性化模型，实时计算车辆的车轮期望驱动力矩，实现智能电动车的编队控制。2.如权利要求1所述一种防御拒绝服务网络攻击的智能电动车编队控制方法，其特征在于在步骤2中，所述建立具有外部干扰的单车纵向控制模型的具体步骤为：(1)根据车辆的纵向动力学分析，利用牛顿第二定律进行推导，得到队列中第i辆电动车辆的非线性纵向动力学模型：f
d,i
(t)-f
c,i
(t)-m
i
gμ
i
＝m
i
a
i
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)(1)(1)其中，f
d,i
(t)表示车辆实际的驱动力，f
c,i
(t)表示空气阻力，t
d,i
(t)表示车辆实际的驱动力矩，t
de,i
(t)表示车辆的期望驱动力矩，m
i
为车辆质量，g为重力加速度常数，μ
i
为滚动阻力系数，r
a,i
为轮胎半径，c
c
为空气阻力系数，ρ
c
为空气密度，s
c,i
为车辆迎风面积，v
i
(t)为车辆速度，τ
i
为车辆动力学的时间常数；使用逆模型补偿技术进行反馈线性化，将车辆的期望力矩设计为：结合式(1)(2)(3)(4)(5)，假设队列中车辆动力学为同构，即τ
i
＝τ＞0，考虑可能存在的外部干扰项，得到第i辆电动汽车的反馈线性化模型：其中，a
i
为车辆加速度，u
i
为控制输入，w
i
为外部扰动；(2)将自车的位置、速度和加速度作为状态向量：考虑系统的外部干扰项，建立第i辆智能电动车的反馈线性化模型：
其中，i＝1,
…
,n；为系统输出；为满足(a,c)是可观测的输出矩阵；同时，存在正常数θ，使得‖ω
i
‖2＜θ；定义领航车辆的反馈线性化模型为：3.如权利要求1所述一种防御拒绝服务网络攻击的智能电动车编队控制方法，其特征在于在步骤3中，所述通信正常时的拓扑图具有有向生成树，则为非奇异m矩阵；此时存在γ＝diag{γ1,
…
,γ
n
}＞0使得其中，且所有中的特征值都是正的，所有的特征值都是实数，j＝2,
…
,k；定义4.如权利要求1所述一种防御拒绝服务网络攻击的智能电动车编队控制方法，其特征在于在步骤4中，所述实时计算车辆编队控制所需的车轮电机驱动力矩的具体步骤为：(1)设队列误差变量e
i
＝x
i-x
0-d
i0
，相对状态误差变量，相对状态误差变量给出如下的状态误差观测器给出如下的状态误差观测器给出如下的状态误差观测器其中，w＝-b[(cb)
t
(cb)]-1
(cb)
t
,＝i+wc,且为使得ra-ξc稳定的参数矩阵；d
ij
＝[d
i
′
,j
00
t
,d
i
′
,j
为车辆i,j的车头间距,定义为为相邻两辆电动车辆的固定车头间距，为车身长度；令则由rb＝0得：基于所设计的观测器模型，建立如下所示的切换式安全控制器：
其中，q＞0为耦合强度系数，f和和为待设计的增益矩阵，i＝1,
…
,n；结合上式得：其中，其中，由于则通过运算得到：改写(13)式为：其中，由于根据式(16)-(17)得：(2)对于包含1辆领航车辆(8)以及n辆跟随车辆(7)的汽车队列系统，当该系统遭受dos攻击以及外部干扰的影响时，设计一个基于相对输出信息的安全控制器(14)，令其在任意的情况下，存在使得下式成立：此时，车辆队列系统是可以实现稳定的；(3)构造李雅普诺夫函数：其中，其中，为待设计的常数；当受到dos攻击以及外部干扰w
i
(t)的影响时，车辆队列闭环系统(18)实现稳定性的条件为：若f＝-b
t
q-1
,且q＞κ/μ
m
，且对于任意t＞t0,攻击长度比例t
l
和攻击频率a
f
分别满足:
其中，以及为下列lmi的可行解：aq+qa
t-κbb
t
+v
m
ωω
t
+ρ1q＜0，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(23)其中，ρ1＞0,ρ2＞0,κ＞0为正常数；ρ3＞0为满足下列lmi的解：其中，p＞0,o2＞0,ρ＝min{ρ1,ρ3}，且满足证明：对v1求导,结合式(18)得：对上式最后一项使用杨氏不等式，得：一方面，由于q-1
bb
t
q-1
以及q-1
ωω
t
q-1
是对称的，由相关引理得：其中，1)当系统处于通信时间段时，即当时，有结合(28)，此时有：
将式(29)回代式(26)，结合式(23)得：其中，类似的，对v2和v4求导，结合(25)得：其中，o2＞0,故时，结合式(30)和式(31)得：其中，易知则由相关引理可知，ψ＜0，当且仅当：同时，π1＜0等同于：结合式(32)-(34)得：其中，ρ＝min{ρ1,ρ3}；2)当系统处于攻击时间段时，即当时，类似于式(30)，对v3求导，结合相关引理与式(24)得：
其中，类似于式(31)，结合式(36)得：其中，由相关引理得，当且仅当：同时，π2＜0等同于：其中，考虑(37)-(39)，得到：其中，3)综合分析；令以及由于当时，根据式(35)有当时，根据式(40有：考虑式(41)和(42)，得到：对于时，考虑式(43)，得到：
对于时，考虑式(43)，得到：根据式(44)和(45)可知：其中，c＝1或c＝1/η；将式(21和(22代入式(46得：即队列系统分布式误差变量δ最终一致有界，此时车辆队列系统实现稳定；(4)所求得的控制器代入反馈线性化策略(5)，即得出实时的期望控制力矩，实现相应的车辆控制。

技术总结
一种防御拒绝服务网络攻击的智能电动车编队控制方法，属于汽车智能安全与自动驾驶领域。对于DoS攻击和外部干扰的车辆编队控制问题，利用车载传感器以及V2X无线通信系统来实现自身和其他车辆的信息交互，采取逆模型补偿和反馈线性化的技术，建立具有外部干扰的车辆队列闭环控制模型，设计一种基于观测器模型的防御DoS攻击的切换式队列鲁棒控制方法。针对电动车辆纵向队列系统设计出一种仅依赖相对输出信息进行更新的切换式控制器，进而有效防御Dos攻击给队列系统带来的信息传输隐患，同时抑制外部干扰，实现编队控制的性能指标。实现队列系统的稳定性，确保队列中每辆汽车的期望车车间距以及期望行驶速度。望车车间距以及期望行驶速度。望车车间距以及期望行驶速度。


技术研发人员：王靖瑶 郭景华 邓醒明 李迅锐 曾泽钦 黄江山
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/9