基于车间通信的车辆防碰撞编队控制算法研究

作     者：黄健飞 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马彦

授予年度：2019年

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 08[工学] 0838[工学-公安技术] 

主      题：跟随领航者 编队控制 车间通信技术 自适应控制 避撞控制算法 联合仿真实验 

摘      要：随着如今国内机动车保有量的急剧升高,交通拥堵问题愈发严重,对人们的工作生活造成了极大的影响。而近年来,车联网技术受到国内外汽车行业的关注,这是未来智能交通领域发展的必然趋势。利用车间通信技术对车辆进行智能防碰撞编队控制可以使车辆间距、车辆速度更加合理,提高道路利用率和车辆的通行效率。本文主要对车辆编队的队形形成问题、队形保持问题以及在编队过程中可能出现的碰撞问题进行了研究,提出了问题的解决方案,即设计基于车间通信的车辆防碰撞编队控制算法实现对车辆的动态控制,达到预定的控制目标。本文主要内容如下:首先,选取车辆的“自行车模型作为运动学模型,通过对模型的分析得到车辆的纵向速度、横向速度与前轮转角的关系。结合跟随领航者的编队算法模型,得到领航者的中心轴与两车中心连线间夹角的数学关系式。最后经过公式的求导变换得到了车辆编队的误差模型。然后,以车辆编队的误差模型为理论根据,设计了反馈线性控制算法。针对反馈线性控制算法对模型以及参数的精度要求较高,且在实际情况下难以满足要求的问题,设计了基于变量估计值原理的自适应反馈线性控制算法。考虑到此编队控制算法需要准确获得领航车辆的速度、航向角等运动状态信息,因此将车间通信加入到控制算法中,保证了该控制器获取到的数据准确性的同时,又使其具有较高的实际可行性。最后通过VS2010-Matlab/Simulink联合仿真实验,对改进后的控制器效果进行了验证,并与传统的反馈线性控制器进行了对比,验证了其有效性。最后,针对编队过程中可能发生的碰撞问题,设计了改进型椭圆人工势场法,通过判断障碍车辆所处位置,对碰撞可能性做出预测,并且设计了动态避撞控制算法,将车辆间距作为约束条件,通过控制车速避免车辆在编队过程中发生碰撞。同时考虑到在实际情况下,适用于两车辆的跟随领航者编队算法难以实现多车辆的编队控制目标,因此对跟随领航者算法进行适当的改进,提出了多车辆虚拟跟随领航者编队算法。随后将车辆编队算法、碰撞预测算法和动态避撞算法进行整合,设计了多车辆防撞编队控制系统,并且分别在三车辆的基本工况下和五车辆的复杂工况下进行了联合仿真实验,验证了此系统的有效性。