无信号灯十字交叉口协作车辆控制研究

发布时间：2017-03-19 00:07

  本文关键词：无信号灯十字交叉口协作车辆控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无人驾驶车辆技术已经发展到一定水平，但完全应用于现实生活还有很长一段距离。尤其在混合交通场景中，多个无人驾驶车辆之间、无人驾驶车辆与有人驾驶车辆之间如何交互还是一个亟待解决的问题。本文研究无信号灯十字交叉路口环境下的多车协作控制，在考虑车辆动力学特性的基础上，针对无人驾驶车辆与有人驾驶车辆及多无人驾驶车辆之间的协作与控制问题展开研究。 无人驾驶车辆与有人驾驶车辆之间进行交互时，首先通过无线通信获取有人驾驶车辆的状态信息，并建立交叉口车辆行为预测的有限状态机模型，对交叉口有人驾驶车辆的行为进行预测。构建应用于无人驾驶车辆的混合状态系统，结合无人驾驶车辆交叉口安全条件运行规则，实现对无人驾驶车辆离散状态的分析及车辆控制。最后运用PreScan和Simulink/Stateflow实现交叉口联合仿真。仿真结果表明，该方法可以使无人驾驶车辆与有人驾驶车辆进行交互协作，并安全地通过路口。 多无人驾驶车辆通过路口时，基于分层控制理念，搭建了路口控制系统。该系统分为宏观路口控制器、车辆顶层控制器以及车辆底层控制器。其中宏观路口控制器通过无线通信的方式获取进入路口的各个无人驾驶车辆的状态信息，并根据各个车辆的速度和位置等信息预测车辆在路口潜在的冲突，计算出各个车辆避免冲突的目标速度，而车辆顶层和底层控制器则控制车辆跟踪目标速度。通过PreScan和Simulink搭建仿真实验，实验结果表明，，基于冲突预测的路口协作算法在保证安全的前提下提高了路口通行效率。 为了采用真实的无人驾驶车辆验证多车路口协作算法，基于东风猛士平台设计无人驾驶车辆的纵向控制系统，其中包括电控液压制动系统、电控油门系统、车速的采集以及综合速度的控制，实现无人驾驶车辆的纵向控制。通过该无人驾驶车辆和一辆有人驾驶车辆搭建无信号灯多车路口协作研究实车实验平台，该平台中的车辆采用GPS和惯导进行组合定位，采用ZigBee模块进行无人驾驶车辆和有人驾驶车辆之间的通信。实车实验验证了路口协作算法在实际无信号灯路口环境中的可行性，提高了无人驾驶车辆的行驶安全性。
【关键词】：无人驾驶车辆 无信号灯路口 多车协作 有限状态机 混合状态系统
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U491.23;U463.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 无人驾驶车辆路口协作研究现状10-17
• 1.2.1 实验平台11-14
• 1.2.2 通信机制14
• 1.2.3 车辆定位14-15
• 1.2.4 协作算法15-16
• 1.2.5 评价指标16-17
• 1.3 论文的内容与结构17-19
• 第2章 PreScan 仿真平台及其相关结构分析19-26
• 2.1 PreScan 车辆仿真软件简介19-23
• 2.2 仿真系统的 V 模型设计23
• 2.3 车辆纵向动力学分析23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 无人驾驶车辆与有人驾驶车辆之间的路口交互26-38
• 3.1 有限状态机26-28
• 3.1.1 有限状态机的相关概念26-27
• 3.1.2 有限状态机的数学模型27
• 3.1.3 有限状态机的分类27-28
• 3.2 应用于无人驾驶车辆的有限状态机和混合状态系统28-31
• 3.2.1 混合状态系统28-29
• 3.2.2 离散状态系统（无人驾驶车辆状态分析）29-31
• 3.2.3 连续状态系统（无人驾驶车辆的控制）31
• 3.3 有人驾驶车辆的行为估计与预测31-33
• 3.4 仿真实验33-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 多辆无人驾驶车辆之间的路口协作38-47
• 4.1 系统方案设计38-39
• 4.2 系统分层控制器39-43
• 4.2.1 车辆顶层控制器39
• 4.2.2 车辆底层控制器39-41
• 4.2.3 路口协作控制器41-43
• 4.3 仿真实验43-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 东风猛士纵向控制系统设计47-61
• 5.1 东风猛士无人驾驶车辆简介47
• 5.2 制动系统控制47-53
• 5.2.1 东风猛士制动系统原理47-48
• 5.2.2 电控液压制动系统设计48-52
• 5.2.3 制动系统控制 ECU52-53
• 5.3 油门系统控制53-56
• 5.3.1 东风猛士油门系统原理53-54
• 5.3.2 电控油门系统设计54-55
• 5.3.3 油门系统控制 ECU55-56
• 5.4 速度采集56-57
• 5.5 纵向系统综合控制57-59
• 5.6 本章小结59-61
• 第6章 无信号灯多车路口协作实验61-72
• 6.1 基于惯导和 GPS 的组合定位方式61-62
• 6.2 基于 ZigBee 模块的 V2V 通信62-64
• 6.3 多车路口协作实验及结果64-71
• 6.3.1 系统硬件平台介绍64-65
• 6.3.2 系统数据流及软件65-68
• 6.3.3 实验场景及其结果68-71
• 6.4 本章小结71-72
• 结论与展望72-75
• 研究成果总结72-73
• 本文创新点73
• 未来研究工作展望73-75
• 参考文献75-81
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单81-82
• 致谢82

【参考文献】

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本文编号：255234