基于无线通讯的车车协同主动避撞控制研究

摘要

车联网作为智能交通技术领域发展的主要组成部分之一，得到了越来越广泛的关注与研究。为了提高汽车的主动安全技术，降低交通事故的发生，以车联网技术为载体的车间无线通讯技术，将会为汽车主动安全技术的提高起到积极的推动作用。在车联网条件下，通过实时车间无线通讯进行实时信息共享，能显著地扩大道路中行驶车辆的感知范围。借助这种实时交互的信息网络，道路中的车辆不再是相对孤立的个体，而是形成一个可以相互感知周围环境车辆（障碍物）的状态信息的实时网络。道路中行驶的车辆利用该网络进行协同响应控制，可以极大地降低甚至是避免交通事故、特别是追尾碰撞事故的发生。因此，在车间无线通讯条件下，研究车辆在紧急行驶工况下的主动协同避撞控制策略，提高行驶车辆在避撞响应过程中的安全性，是研究在车联网下汽车主动安全技术的一个重要内容。针对这个问题，本文进行了如下研究：
　　（1）本文从主动协同避撞控制算法的实时性要求出发，详细推导了将一般非线性控制系统转换成线性时变控制系统。
　　（2）根据车辆安全间距策略对车辆跟随控制的影响，提出了采用基于车间相对运动状态的可变车头时距作为协同主动避撞控制算法的安全间距策略。结合控制主车与其前、后车辆的运动关系，建立车辆纵向跟随模型，并运用MPC控制方法将车辆跟随避撞控制问题转换成二次规划问题。
　　（3）分析了在无线通讯环境下车车协同的避撞响应特点，引入安全因子对控制模型中的控制主车进行车间相对运动状态的实时数学描述，提出了在满足车间协同地加速避让条件下的加速度协同分配策略，并给出了车间进行加、减速度协同分配的安全判断准则。最后证明了在车辆跟随行驶列队中，当有k辆车参与加速协同分配响应避撞时，车辆列队的运动是稳定的。
　　（4）分析了车辆在避撞响应过程中车间运动状态的变化的特点，研究了在不同相对车间运动状态下协同避撞控制器的期望响应性能，设计了能根据避撞响应变化状态而进行实时调整各控制变量的实时加权值加速度分配主动协同避撞优化集成控制器。
　　（5）基于常规车辆设计了车车协同主动避撞控制试验平台，借助该实验平台，可以进行基于车间无线通讯的协同主动避撞安全的实验研究，以及相应控制算法的测试与开发。
　　研究结果表明，在车间无线通讯网络条件下，所设计的实时加权加速度分配主动协同避撞控制器能可靠地避免追尾碰撞，且运用所采用控制策略，可以显著地提高主动协同避撞控制算法的控制性能与响应品质。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第2章 模型预测控制问题转化与求解

2.1 模型预测控制

2.2 非线性模型预测控制

2.3 线性模型预测控制

2.4 本章小结

第3章 控制车辆模型

3.1 车辆跟随避撞模型

3.2 MPC模型控制器的设计

3.3 本章小结

第4章 无线通讯环境下车辆协同主动避撞算法设计

4.1 车车协同避撞控制约束

4.2 车车协同主动避撞控制器设计

4.3 仿真验证及结果分析

4.4 本章小结

第5章 主动避撞控制器响应优化算法设计

5.1 纵向避撞响应动态分析

5.2 模型预测控制器加权特性分析

5.3 实时加权主动避撞控制器设计

5.4 仿真验证及结果分析

5.5 本章小结

第6章 智能车主动避撞试验平台方案设计

6.1 试验平台方案总体设计

6.2 控制信号的感知

6.3 控制与执行单元

6.4 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 本文研究总结

7.2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录 在学期间发表的学术论文与研究成果

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