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路口多车协作算法研究及硬件仿真

作　者: 谢强德
导　师: 杨明
学　校: 上海交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 多智能车 路口协作 最优控制 仿真平台
分类号: U495
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 140次
引　用: 2次
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内容摘要


针对平面交叉路口处易造成道路拥堵和交通事故,本文研究多智能车协作来改善交叉路口运行效率,提高整体交通安全水平,进而实现节能减排,改善环境。研究多智能车协作需要构建相应的实验平台,由于实际智能车平台成本过高,而软件仿真平台实验环境过于理想,因此本文设计并实现了多车协作硬件仿真平台。为使硬件仿真系统具有实际系统的特性,通过分析实际智能车平台结构和功能,设计了仿真平台系统结构,该结构主要包括仿真车的硬件系统与软件系统和道路设施系统。同时多智能车协作有赖于全局定位信息,本文针对典型交通道路环境,设计了适用于多智能车协作的地图数据格式。根据上述设计分析和相关器件选型实现了硬件仿真系统,该系统为多智能车协作的研究提供了良好的平台。针对有信号灯的交叉路口,为缩短车队通过路口的时间,提出了基于最优控制的车队快速启动的协调算法。首先根据车辆运动的物理关系构建车队模型。对该模型采用最优输出跟踪控制算法,根据车队安全性要求求取算法中的权重矩阵,得到车队系统的最优控制律,并通过局部稳定性和全局稳定性分析获得关键参数。最后通过仿真实验证明了该算法的可靠性和高效性。针对无信号灯平面交叉路口,为避免不同道路上的车辆发生碰撞,同时保证冲突车辆尽早通过路口,提出了无信号灯路口的协调算法。首先通过场图分析工具界定冲突,并获得冲突点。针对冲突车辆,采用优先级判定准则确定道路优先权,对于优先级低的车辆采用优化的速度决策进行避让。最后通过硬件仿真平台实验结果可以证明本文控制协调算法的有效性。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-22
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 多智能车协作研究概况  13-17
    1.2.1 国外研究概况  14-16
    1.2.2 国内研究概况  16-17
  1.3 多智能车协作的关键技术  17-20
    1.3.1 智能车平台及其控制技术  17-19
    1.3.2 多智能车协作算法  19-20
  1.4 课题研究的意义及主要内容  20-22
第二章 多智能车硬件仿真平台设计与实现  22-38
  2.1 引言  22-23
  2.2 仿真平台系统结构  23-26
    2.2.1 仿真车系统结构  23-24
    2.2.2 多车协作仿真系统结构  24-26
  2.3 仿真智能车的硬件设计  26-32
    2.3.1 环境感知与定位系统设计  27-29
    2.3.2 车辆执行机构  29-30
    2.3.3 通信系统  30-32
  2.4 仿真智能车的软件设计  32-35
    2.4.1 智能车辆车体控制软件设计  32-34
    2.4.2 通信系统协议软件设计  34-35
  2.5 道路建模  35-37
  2.6 本章小结  37-38
第三章 基于最优控制的车队快速启动的协调算法  38-63
  3.1 引言  38-39
  3.2 车队系统模型  39-41
  3.3 现有车队控制算法  41-46
    3.3.1 PID控制算法  41-43
    3.3.2 线性二次型最优控制算法  43-44
    3.3.3 模糊控制  44-45
    3.3.4 SPA控制  45-46
  3.4 本文车队控制算法  46-48
  3.5 车队稳定性分析  48-53
    3.5.1 局部稳定性分析  48-49
    3.5.2 全局稳定性分析  49-53
  3.6 软件仿真平台介绍  53-55
  3.7 实验结果与分析  55-62
    3.7.1 有效性实验  55-58
    3.7.2 TORCS仿真平台上算法对比实验  58-60
    3.7.3 CyberSmart硬件仿真平台上算法对比实验  60-62
  3.8 本章小结  62-63
第四章 无信号灯平面交叉路口协调控制  63-80
  4.1 引言  63-64
  4.2 现有解决交叉路口冲突的算法  64-68
    4.2.1 可接受间隙模型  64-65
    4.2.2 基于占先度的冲突避碰决策模型  65-66
    4.2.3 基于资源锁的冲突表算法  66-67
    4.2.4 基于动态博弈论的控制方法  67-68
  4.3 本文的控制协调算法  68-74
    4.3.1 交叉路口冲突界定  68-70
    4.3.2 冲突优先级决策  70-72
    4.3.3 协调控制策略  72-74
  4.4 实验结果与分析  74-79
    4.4.1 算法有效性实验  74-78
    4.4.2 算法对比实验  78-79
  4.5 本章小结  79-80
第五章 总结与展望  80-82
  5.1 总结  80-81
  5.2 展望  81-82
参考文献  82-85
致谢  85-86
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  86-87
附录  87

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 交通工程与公路运输技术管理 > 电子计算机在公路运输和公路工程中的应用
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