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基于分布式信息的车辆编队及避险超车算法研究

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系统科学与数学 2024年

作者：赵彬邵旸中国地质大学(北京)数理学院

随着道路交通复杂程度的增加以及智慧交通的发展,车辆的安全行驶问题受到了广泛关注。本文旨在给出动态环境下分布式车辆编队安全行驶的一系列算法,并验证其有效性。首先,借助多智能体系统分布式编队算法,给出了车辆在道路行驶中的编队... 详细信息

随着道路交通复杂程度的增加以及智慧交通的发展,车辆的安全行驶问题受到了广泛关注。本文旨在给出动态环境下分布式车辆编队安全行驶的一系列算法,并验证其有效性。首先,借助多智能体系统分布式编队算法,给出了车辆在道路行驶中的编队运动模型。进而,改进了人工势场模型,为势场中的吸引力和排斥力函数引入速度参数,解决了车辆编队在动态车道环境下的避障问题和超车问题。同时,参考鱼群的逃逸行为,提出了编队内车辆的跟驰与换道模型,解决了分布式信息下的车辆编队紧急避险问题。最后,给出了车辆在动态交通环境下,基于分布式信息交互的车辆编队紧急避险等行为的模拟仿真,验证了所提出算法的有效性。

关键词：分布式信息人工势场避险超车车辆编队

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基于边缘智能的车辆编队协同控制方法研究

计算机科学 2024年第6期51卷 384-390页

作者：李乐刘美芳陈荣魏思雨青岛海信微联信号有限公司山东青岛266400 北京交通大学电子信息工程学院北京100044

随着通信技术及自动化控制技术的发展,智能网联汽车的自主控制方法,特别是混合编队下的控制方法已经成为无人驾驶技术研究的重要方向。由于车载处理器计算能力有限,为了减少控制策略输出的时延,提高车辆跟踪效果,提出了基于边缘智能的... 详细信息

随着通信技术及自动化控制技术的发展,智能网联汽车的自主控制方法,特别是混合编队下的控制方法已经成为无人驾驶技术研究的重要方向。由于车载处理器计算能力有限,为了减少控制策略输出的时延,提高车辆跟踪效果,提出了基于边缘智能的车辆编队协同控制方法。利用边缘服务器的强大计算能力和5G通信网络,设计了基于边缘智能的控制系统,将计算任务上传至云端,充分释放车载处理器的计算资源。对混合编队下的跟车场景进行了分析,设计了时空耦合场景下的车辆编队控制模型,利用MPC控制算法,建立了车辆动力学模型,通过模型预测、滚动优化与反馈校正为智能网联汽车提供控制策略计算服务。经MATLAB仿真实验及边缘计算虚拟平台实验验证,所提出的MPC控制算法在轨迹跟踪控制上表现良好,能够实时高效地为车辆提供安全控制策略。

关键词：边缘智能车辆编队协同控制智能网联汽车

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基于C-V2X直连通信的车辆编队安全威胁分析

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信息安全与通信保密 2024年第2期 93-104页

作者：张广顺王炜江军吴超北京天融信网络安全技术有限公司北京100193

基于蜂窝车联网技术支持的智能车辆编队行驶场景,研究智能车辆面临的信息安全威胁,并提出安全防护建议。通过分析车辆编队在直连通信接口中的车队内部及与路侧单元间的通信,以及车队编组、管理的通信过程,识别智能车辆编队行驶面临的信... 详细信息

基于蜂窝车联网技术支持的智能车辆编队行驶场景,研究智能车辆面临的信息安全威胁,并提出安全防护建议。通过分析车辆编队在直连通信接口中的车队内部及与路侧单元间的通信,以及车队编组、管理的通信过程,识别智能车辆编队行驶面临的信息泄露、信息篡改、身份仿冒等安全威胁,并针对性地提出车辆编队行驶安全防护方案,如通信内容加密,引入区块链技术实现成员身份鉴别和数据安全等。

关键词：车联网车辆编队安全威胁分析直连通信

基于MPC和SLAM的车辆编队耦合控制策略

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机电技术 2024年第2期 29-32页

作者：蒋金厦门金龙联合汽车工业有限公司福建厦门361023 福建省汽车工业集团有限公司福建福州350108

车辆编队通过车辆对车辆(V2V)通信,可大幅减小车辆之间的距离,从而降低空气阻力并提高道路交通效率。随着车辆编队控制技术的发展成熟,车辆编队可实现基本的驾驶功能,便于大规模的编队调度和规划,为车辆编队的工业化应用带来了显著的经... 详细信息

车辆编队通过车辆对车辆(V2V)通信,可大幅减小车辆之间的距离,从而降低空气阻力并提高道路交通效率。随着车辆编队控制技术的发展成熟,车辆编队可实现基本的驾驶功能,便于大规模的编队调度和规划,为车辆编队的工业化应用带来了显著的经济效益。但传统纵向和横向控制方法存在潜在不稳定性和横向偏移的问题。为此,文章提出了一种基于模型预测控制(MPC)和同步定位与地图构建(SLAM)的车辆编队耦合控制策略,该耦合MPC和SLAM控制策略优于传统方法,大幅改善了车辆编队的稳定性、安全性和可靠性。通过与其他常用控制方法的比较分析,揭示了传统控制方法在稳定性和可靠性方面的固有限制,尤其在复杂环境和高速驾驶条件下尤为突出,试验结果表明了文章提出的耦合MPC和SLAM控制策略相比其他控制方法可以更好地实现车辆编队的跟随效果,表现出优越的性能。

关键词：车辆编队 MPC SLAM 耦合控制

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区块链架构下具有条件隐私的车辆编队跨信任域高效群组认证研究

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通信学报 2023年第4期44卷 111-123页

作者：夏莹杰朱思雨刘雪娇浙江大学计算机科学与技术学院浙江杭州310027 杭州师范大学浙江省密码技术重点实验室浙江杭州311121

为了均衡车辆编队跨信任域身份认证的安全和效率,提出了区块链架构下具有条件隐私的车辆编队跨信任域高效群组认证方案。设计了面向车辆编队身份认证的新型区块结构BM-Tree,通过多信任域间链上认证参数共享为跨信任域群组认证提供支撑;... 详细信息

为了均衡车辆编队跨信任域身份认证的安全和效率,提出了区块链架构下具有条件隐私的车辆编队跨信任域高效群组认证方案。设计了面向车辆编队身份认证的新型区块结构BM-Tree,通过多信任域间链上认证参数共享为跨信任域群组认证提供支撑;采用动态匿名进行车辆身份隐私保护,通过双线性映射进行信任域参数变换,实现了具有条件隐私的跨信任域群组认证;提出了基于BM-Tree的高效群组认证协议,实现了车辆编队批量身份认证和重认证。所提方案在安全性和计算开销方面明显优于现有跨信任域认证方法,相比BLA、MDPA和BBA,整体认证时延平均减少了29%、25%和53%。

关键词：车辆编队跨信任域区块链隐私保护群组认证

考虑执行器时滞不确定的车辆编队网联巡航鲁棒模型预测控制

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同济大学学报（自然科学版） 2022年第S1期50卷 140-144页

作者：张浩彬张宁徐利伟王金湘殷国栋东南大学机械工程学院南京211189

针对车辆编队中执行器时滞的不确定性,提出了一种基于鲁棒模型预测控制的新的车辆编队网联巡航控制方法。该方法能够实时处理编队安全约束,并兼顾车辆编队的弦稳定性与对执行器时滞的鲁棒性。首先,建立车辆编队的数学模型与网联巡航模... 详细信息

针对车辆编队中执行器时滞的不确定性,提出了一种基于鲁棒模型预测控制的新的车辆编队网联巡航控制方法。该方法能够实时处理编队安全约束,并兼顾车辆编队的弦稳定性与对执行器时滞的鲁棒性。首先,建立车辆编队的数学模型与网联巡航模型预测控制的控制架构,分析无约束条件下网联巡航模型预测控制的线性反馈特性。其次,基于H_(∞)控制分析网联巡航线性系统对执行器时滞不确定的鲁棒性,得到车辆编队L_(2)弦稳定性的实现条件。然后,通过控制器参数匹配,根据满足编队稳定性、鲁棒性要求的线性反馈参数对模型预测控制器的优化权重进行调整。通过不同执行器时滞的车辆编队系统仿真,结果表明,本文提出的控制方法简化了工程应用中相应的控制器参数匹配工作,进一步提高了车辆编队网联巡航控制系统的功能稳定性与安全性。

关键词：车辆编队网联巡航控制编队稳定性鲁棒模型预测控制

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一种基于中继的车辆编队功率优化算法

中国科学：信息科学 2022年第7期52卷 1317-1332页

作者：胡杰文马征刘刚范平志唐优华西南交通大学信息科学与技术学院成都611756 西南交通大学交通运输与物流学院成都611756

车辆编队作为蜂窝车联网(cellular-vehicle-to-everything, C-V2X)的高级应用之一,可以有效地提高出行效率.处于编队内的车辆需要实时共享速度、前进方向和意图(制动、加速度等)等信息,并且位于队头的车辆需负责整个编队的管理并传递控... 详细信息

车辆编队作为蜂窝车联网(cellular-vehicle-to-everything, C-V2X)的高级应用之一,可以有效地提高出行效率.处于编队内的车辆需要实时共享速度、前进方向和意图(制动、加速度等)等信息,并且位于队头的车辆需负责整个编队的管理并传递控制消息.但是在高密度场景下,当多个编队的队头被分配到同一子信道上同时传输时,多个编队之间会存在干扰,如果队头车辆以传统的固定功率方式进行广播,广播功率过大会导致对其他队列造成的干扰过大,广播功率过小则会影响队列内成员的接收质量,因此需要合适的功率分配方案以满足高密度场景下的通信需求.本文在满足时延、接收信噪比要求的前提下以最小化总功率消耗为目标,提出了一种基于中继的多队列协作功率优化方案,该方案通过在编队内选取合适的中继车辆以减少每跳广播所需要的功率,从而减少对其他编队的干扰并且降低总功率消耗.仿真结果表明,所提出的方案相比传统方案能够容纳更多的编队成员,并且在满足性能要求的前提下大幅降低总功率消耗.

关键词： C-V2X 车辆编队广播功率中继功率优化

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车辆编队控制器与信息流联合设计的研究

车辆编队控制器与信息流联合设计的研究

作者：王若同北京邮电大学

学位级别：硕士

城市交通拥堵正成为一个难以治理的社会问题,亟需提高道路通行能力,从而缓解交通拥堵、减少出行时间。在土地供给、环保要求等约束条件下,单纯通过增加路网建设并不总是可行的,甚至可能无法确保良好的效益。因此,在现有路网中提升道路... 详细信息

城市交通拥堵正成为一个难以治理的社会问题,亟需提高道路通行能力,从而缓解交通拥堵、减少出行时间。在土地供给、环保要求等约束条件下,单纯通过增加路网建设并不总是可行的,甚至可能无法确保良好的效益。因此,在现有路网中提升道路通行能力成为缓解交通拥堵的有效途径。其中,车辆编队通过减少交通系统中独立车辆的非必要减速时间,以及缩短车间距离,从而有效提高交通行驶效率,成为车联网及应用领域的研究热点。车辆编队系统是由两个或两个以上以期望的巡航速度和距离行驶的车辆组成的编队。编队控制的主要目标是确保同一编队中的所有车辆以一致的速度移动,同时保持相邻车辆之间所需的安全距离。现有的研究从网络控制的角度将一个编队自然分解为四个相互关联的部分:节点动力学、信息流拓扑、分布式控制器和几何构形/车辆间距策略。其中,分布式控制器是和控制相关的部分,信息流拓扑是和通信相关的部分。车辆编队可以建模为一个网络化的控制系统,考虑到现实中复杂的道路环境,通信和控制之间会产生相互的反馈作用,所以需要进行控制和通信融合的研究。现有关于编队系统的通信与控制融合研究多集中在固定拓扑下的编队控制,存在未考虑现实车辆行驶中可能由于信息流拓扑受到干扰产生变化或主动切换信息流拓扑的情况导致车辆编队通信结构发生变化的问题;且研究通信对编队影响时多使用简单的控制器类型,较少有涉及通信拓扑与控制器相互作用的研究。针对上述问题,本文面向车辆编队这一典型的未来车联网增强应用场景,开展车辆通信与车辆控制器设计的融合研究。主要研究内容包括:(1)针对编队在行驶过程中通信拓扑可能会发生变化的情况,提出了面向不同道路环境的信息流拓扑可切换的编队控制器设计方法,其中,车辆动力学模型使用三阶非线性车辆动力学模型,控制器采用了模型预测控制模型,保证了编队车辆在通信网络发生变化时仍能保证编队的稳定运行,并对方案进行仿真验证。(2)针对现有编队仿真平台复杂、不易使用、学习成本高的问题,设计并实现了一套基于可视化页面的车辆编队仿真平台,封装了底层的道路、车辆和网络仿真软件,封装了仿真中主要的开发工作,简化了仿真操作,便于后续研究中仿真实验的开展。并使用所开发的仿真平台,开展了通信拓扑以及通信质量对编队性能影响的仿真研究。

关键词：车辆编队分布式控制器信息流拓扑编队稳定性编队仿真平台

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基于扰动观测器的固定时间车辆编队控制

计算机工程与应用 2023年

作者：张意豪叶洪涛罗文广文家燕广西科技大学自动化学院广西自动检测技术与仪器重点实验室(桂林电子科技大学) 广西汽车零部件与整车技术重点实验室(广西科技大学)

考虑智能无人车在实际行驶中会受到外部自然环境及内部自身模型参数不确定的影响，使得对车辆编队系统的控制效果减弱，为此提出了一种具有扰动观测器的编队控制算法。首先使用车辆动力学和运动学模型进行建模，同时引入扰动观测器，可... 详细信息

考虑智能无人车在实际行驶中会受到外部自然环境及内部自身模型参数不确定的影响，使得对车辆编队系统的控制效果减弱，为此提出了一种具有扰动观测器的编队控制算法。首先使用车辆动力学和运动学模型进行建模，同时引入扰动观测器，可以让系统对复合扰动进行精确辨识。其次，采用固定时间理论设计跟随车的控制器，运用李雅普诺夫稳定性理论分别证明了两个控制器都能在固定时间内收敛，并接着证明了整个车辆编队控制系统都能在一个固定的时间范围内收敛。最后，通过仿真验证所提出的基于扰动观测器的固定时间车辆编队控制器的有效性。仿真结果表明，所提出的控制器可以使车辆编队在固定时间内快速收敛，且系统收敛时间与系统初始状态无关。

关键词：车辆编队协同控制固定时间编队控制领航跟随法