近年来,随着汽车保有量的增加,交通拥堵问题日益凸显,缓解交通压力的需求愈发迫切。车辆队列不仅可以有效缓解交通压力、提高道路交通的通行能力、减少交通事故的发生,还能降低燃油消耗、减少对环境的污染。本文主要工作内容如下:(1)首先介绍了车联网技术体系的特点和优势,在其基础上对车车通信技术进行了分析,并基于车车通信技术条件下设计了应用于车辆队列的六种通信拓扑结构。在车辆队列稳定性的定义下,讨论了局部稳定性、队列稳定性和交通流稳定性以及三者之间的关系,最后针对队列间距跟随问题,给出固定间距、固定时距和可变时距三种间距跟随策略,并分析了固定间距和固定时距跟随策略对车辆队列系统稳定性影响,为后续的推导和建模提供依据。(2)为了在不同的路面条件下实现车辆队列下层对加速度的跟踪目标,建立了车辆非线性纵向动力学模型,并在Car Sim中验证了该模型的准确性。最后针对该模型,基于滑模控制设计了以加速度跟踪和前后轮滑动率一致为控制目标的队列下层控制器。仿真结果表明,该控制器能够实现车辆队列下层对加速度的跟踪和前后轮滑动率一致的目标。(3)针对基于车车通信的车辆队列系统模型,提出了基于模型预测算法的队列上层控制策略。首先简化非线性车辆动力学模型为二阶时滞微分方程模型,该模型能够基本表达车辆动力学的输入输出响应特性。然后在车车通信技术背景下,建立了车辆队列系统的状态空间模型,该模型涵盖了不同的通信拓扑结构和车辆数目变化时车辆队列系统的状态空间模型,最后在该状态空间模型的基础上基于模型预测控制方法设计车辆队列的上层控制器。(4)对设计的上层控制器在多种典型复杂工况进行仿真分析,分别对比了有车车通信和无车车通信前车跟随、单车跟随和多车跟随、通信中断条件下车辆队列系统的跟随效果,从仿真结果可知,有车车通信优于无车车通信前车跟随,多车跟随优于单车跟随,而多车跟随模式下相邻前车通信中断后会导致队列系统的不稳定。在上述的三种对比分析中,得到基于车车通信多车跟随模式下的队列跟随效果最好,因此在该模式下结合第2部分建立的非线性车辆动力学模型和基于滑模控制设计的下层控制器与第3部分基于模型预测控制的车辆队列上层控制器,构成一个考虑车辆动力学的队列协调控制系统,对该控制系统在三种不同的路面条件下进行仿真分析,仿真结果表明该控制系统能够实现车辆队列在低附着路面和高附着路面上的安全稳定行驶。